Аристов В.М., доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева
Рекус В.Г., кандидат технических наук, докторант Московского государственного областного университета
К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И НИЗКО-УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ, ПОДВЕРГНУТЫХ ТЕРМОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКЕ
В связи с обнаружением при травлении в процессе металлографических исследований сварных соединений из стали ст.3, полученных во внешних магнитных полях и особенно в оптимальных диапазонах индукции магнитного поля, существенным повышением коррозионной стойкости сварных соединений как однородных металлов на примере соединений сталь-сталь, так и разнородных металлов на примере соединений сталь-никель и сталь-вольфрам при одновременном возрастании их характеристик прочности и пластичности [1^3] весьма значительный практический и теоретический интерес представляет определение не только качественных, но и главным образом количественных характеристик коррозионной стойкости сварных соединений сталь-сталь из низкоуглеродистой стали, подвергнутых термомагнитной обработке.
Однако, если качественная картина изменения коррозионной стойкости сварных соединений сталь-сталь, визуально наблюдаемая по изменению степени травимости сварных соединений при плавном изменении интенсивности воздействующего на эти соединения внешнего магнитного поля выявляется без особого труда, то количественное определение коррозионной стойкости сварных соединений связано с определенными трудностями ввиду неравномерного нагрева сварных соединений вдоль из продольной оси из-за большого градиента температур от плоскости свариваемого контакта до более удаленных и параллельных ей плоскостей поперечного сечения сварных соединений, который обусловлен падением по ниспадающей температуры нагрева металла сваренного соединения по мере удаления от плоскости сварного контакта вдоль этой оси. Таким образом, как и следовало ожидать, в зоне термического влияния сваренного контакта создаются условия для возникновения неоднородной структура металла вдоль этой же продольной оси сварных соединений, в свою очередь, обладавшей такой же неоднородной по длине сварного соединения коррозионной стойкостью, градиент которой как при отсутствии воздействия внешнего магнитного поля, так и при использовании воздействия магнитного поля на структуру металла сварных соединений тем больше, чем выше температура нагрева этих соединений в плоскости свариваемого контакта.
В связи с вышеизложенным, чтобы максимально упростить методику определения коррозионной стойкости сварных соединений и получать хотя и приближенную но приемлемую оценку изменения коррозионной стойкости сварных соединений под воздействием внешних магнитных полей, нами производился нагрев подлежащих испытаниям на коррозионную стойкость образцов не в процессе электрической контактной стыковой сварки, завершавшейся получением сварных соединений, а выдержкой в муфельной печи при температуре 1000°С, превышающей точку А с3, соответствующую концу растворения феррита в аустени-те и равную для чистого железа 911°С. и тем более превышающую точку Кюри, соответственно, равную для чистого железа 768°С. При этом. как и следовало ожидать, если исходить от температуры нагрева образцов металла, мы, по всей видимости, все-таки не достигаем максимальных по величине значений коррозионной стойкости сварных соединений, т.к. эта заложенная нами температура нагрева не только заведомо ниже температуры плавления низ-
коуглеродистой стали Ст.З, используемой для получения сварных соединений, но и, по-видимому, несколько ниже температуры электронагрева металла в плоскости свариваемого контакта, как известно, находящейся в пределах 1200^1300° С. Следовательно, в условиях упрощённого эксперимента получение сварных соединений в процессе контактной стыковой сварки во внешнем магнитном поле моделировалось охлаждением в магнитном поле цельных цилиндрических образцов, предварительно нагретых в муфельной печи до температур, близких к температурам электронагрева в плоскости свариваемого контакта. Кроме того, в случае упрощённого эксперимента отсутствуют сжимающие напряжения, имеющие место в реальных условиях при получении сварных соединений, что, вероятно, ещё более разнит созданные в условиях эксперимента условия термомагнитной обработки стали Ст.З с реальными, имевшими место в условиях процесса электрической контактной стыковой сварки сопротивлением.
В процессе подготовки образцов из основного металла для коррозионных испытаний предварительно осуществлялся их автономный нагрев в муфельной печи до температуры 1000°С, близкой к температуре электронагрева металла в условиях контактной стыковой сварки сопротивлением. Далее нагретые до этой температуры 1000оС образцы из основного металла, представляющие собой цилиндрические прутки из низкоуглеродистой стали Ст.3, размещались в воздушном зазоре между полюсами электромагнита, питаемого постоянным током, и охлаждались в этом воздушном зазоре вплоть до комнатной температуры в условиях одновременного воздействия на металл этих соединений внешнего магнитного поля, индукция которого варьировалась в пределах от 0,000 до 0,1562 Тл.
Наконец, прошедшие термомагнитную обработку стальные образцы диаметром 6 мм и длиною 48 мм после предварительной очистки и обезжиривания в соответствии с ГОСТ 17322-71 подвергались испытаниям на коррозионную стойкость в различных агрессивных средах. В качестве агрессивной среды при коррозионных испытаниях использовались как дистиллированная вода [4], так и 10% раствор серной кислоты [5].
Время воздействия агрессивной среды для дистиллированной воды и для 10% раствора серной кислоты составляло соответственно 24 и 2 часа.
При определении коррозионной стойкости подвергнутых термомагнитной обработке стальных образцов в дистиллированной воде и в 10% растворе серной кислоты использовались данные испытаний в вышеуказанных агрессивных средах средние для 7 образцов. При этом разброс характеристик коррозионной стойкости этих образцов не превышал 2^3%.
Оценка результатов испытаний производилась по измерению массы образцов в соответствии с ГОСТ 17332-71. Взвешивание образцов до и после испытаний производилось на аналитических весах типа АДВ-200 и ВРЛ-20 с точностью до 0,0001 г.
Эффективность предотвращения коррозии стальных образцов, связанного с омагничива-нием последних в процессе их остывания во внешних магнитных полях, оценивалась по скорости их коррозии, что позволило произвести количественную и качественную оценку коррозионной стойкости стали Ст.3 по десятибалъной шкале коррозионной стойкости в соответствии с ГОСТ 13819-68 и ГОСТ 17332-71.
Сравнительная оценка эффективности предотвращения коррозии этой низкоуглеродистой стали при прочих адекватных условиях определялась по величине отношения скорости коррозии стали, подвергнутой противокоррозионной обработке магнитным полем, к скорости коррозии необлучённой стали, которое показывает во сколько раз повышается коррозионная стойкость стали в результате облучения.
Как показывают результаты испытаний по скорости коррозии стали Ст.3 соответственно в дистиллированной воде и в 10% растворе серной кислоты, коррозионная стойкость стали является функцией магнитной индукции внешнего магнитного поля. При этом в оптимальных диапазонах магнитной индукции магнитного поля может быть существенно повышена коррозионная стойкость стали при одновременном повышении ее механических характери-
стик прочности и пластичности, т.к., оказывается, что оптимальные диапазоны повышения коррозионной стойкости стальных образцов совпадают с оптимальными диапазонами повышения механических характеристик сварных соединений.
Результаты сравнительных испытаний коррозионной стойкости образцов из низкоуглеродистой стали в дистиллированной воде и в 10% растворе серной кислоты однозначно указывают на то, что при облучении стали Ст.З постоянным магнитным полем, магнитная индукция которого изменяется в пределах от 0,000 до 0,1562 Тл, оказывается возможным повышать ее коррозионную стойкость до 2 раз при испытании в дистиллированной воде и до 1,1 раз при испытании в 10% растворе серной кислоты.
При этом наилучшие результаты в отношении повышения коррозионной стойкости достигаются при использовании внешнего магнитного поля, индукция которого равна 0,1312 Тл.
С учетом вышесказанного обобщённо принимаем, что облучение стали Ст.З постоянным магнитным полем целесообразно производить при индукциях, заключённых в диапазоне индукций 0,1250 + 0,1500 Тл, преимущественно 0,1312 Тл, поскольку за пределами этого диапазона магнитных индукций повышение коррозиционной стойкости стали, как правило, оказывается уже менее значительным,
Однако следует отметить, что в реальных условиях теромомагнитной обработки сварных соединений из вышеуказанной низкоуглеродистой стали Ст.З при их получении во внешних магнитных полях и особенно в оптимальных диапазонах магнитной индукции внешнего магнитного поля с точки зрения повышения механических характеристик прочности и пластичности сварных соединений с учётом наших предварительных качественных оценок их коррозионной стойкости достигаются более высокие величины коррозионной стойкости сварных соединений, чем те, которые были получены в случае автономного нагрева образцов из этой стали в муфельной печи. Эти реально имеющие место величины коррозионной стойкости сварных соединений могут быть количественно установлены лишь только при применении более сложной и совершенной методики для установления коррозионной стойкости этих сварных соединений с учеётом их неравномерного нагрева вдоль продольной оси по мере удаления от плоскости сваренного контакта. Кроме того, некоторое незначительное смещение оптимального диапазона магнитной индукции магнитного поля, в котором имеет место наибольшее повышение коррозионной стойкости стальных образцов в случае их автономного нагрева в муфельной печи по отношению к оптимальному диапазону индукций магнитного поля, соответствующему максимальному повышению механичес
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.