3.1 Материал и методики исследования

Исследования выполнены на образцах, вырезанных из стали марки 17ГС, химический состав которой представлен в таблице 3.1.

Для оценки влияния исходного структурного состояния металла на коррозионную стойкость сталь исследовалась в 2-х исходных состояниях:

После контролируемой прокатки;

Нормализации.

С этой целью часть образцов из стали 17ГС была подвергнута термической обработке в режиме: нагрев до 920 °С (на 30°-50° выше Аз), выдержка 25 минут и остывание на воздухе[32].

Деформационное старение металла выполняли в соответствии с ГОСТ 7268 (Глава 2, п. 2.2).

В таблице 3.1 представлены механические характеристики стали 17ГС нормализованной и после контролируемой прокатки до и после деформационного старения:

Таблица 3.1 - Механические характеристики стали 17ГС до и после деформационного старения в 2-х исходных состояниях

Различное структурно-фазовое состояние металла ОШУ ЗТВ обеспечивали моделированием сварочного процесса при индукционном нагреве в установке ТВЧ (рис 3.1).

Образец (1) помещался в кольцевой индуктор (2) установки (рисунок 3.1). Контроль за воспроизводимыми термическими циклами осуществляли с помощью хромель-алюмелевых термопар (3) и контрольного самопишущего прибора КСП-4 (4), на диаграммную ленту которого они предварительно наносились. Спай термопары размещался в центре образца.

Параметры имитируемого термического цикла соответствовали околошовному участку ЗТВ при АДС. При этом Ттах составила 1350 °С, скорость охлаждения в интервале температур диффузионного превращения аустенита (800-500°С) изменялась от 3 до 50°С/с.

I (t) dt,

(3.1)

М = КЭ|

где Кэ — электрохимический эквивалент вещества или реакции; I (t) - измеряемый ток превращения ионов определяемого вещества; t — текущее время анализа.

Для изучения коррозионной стойкости стали использовали метод прямой потенциостатической кулонометрии, метод основан на законе Фарадея (3.1), в соответствии с которым количество заряда, израсходованного в реакции электропревращения пропорционально массе определяемого вещества:

н2о

Рисунок 3.1 - Схема установки для имитации термических циклов сварки ВЧИ 63/0,44

- образец;

- кольцевой индуктор;

- хромель-алюмелевые термопары;

- контрольно-самопишущий прибор КСП-4;

- сосуд с водой;

- кварцевая трубка;

- фиксаторы.

Электропревращение вещества происходит на «поверхности» рабочего электрода при контролируемом потенциале. Величину контролируемого потенциала, находили из вольт - амперных характеристик исследуемой

системы: раствор фонового электролита — материал рабочего электрода — определяемое вещество.

Преимуществом данного метода является безэталонность, когда для получения результата нет необходимости построения калибровочных графиков. Метод разработан для определения, в частности, продуктов коррозии Fe (Ш), Fe (П). Он позволяет определить оба вида продуктов коррозии в одном опыте в микрограммовых количествах, что примерно соответствует чувствительности методов на основе спектральных характеристик [3].

Для исследования использовали образцы размером 10x10x25 мм, нерабочую грань образцов изолировали химически стойкими гидроизоляционными материалами, после чего образцы подвергались травлению в пятимолярной соляной кислоте в течение одного часа для удаления слоя металла, подвергшегося механической обработке.

В качестве коррозионно-активной среды была выбрана слабокислая среда (рН=4), полученная из NaCl 30 г/л. Выбор слабокислой среды объясняется возможным присутствием двух состояний железа - Fe (II), Fe (III). Величину рН=4 получали при помощи добавления соляной кислоты.

Удалитель продуктов коррозии - буферный раствор, приготовленный на основе аммиачной соли сульфосалициловой кислоты при рН=3.8. Использование удаления такого типа связано с применением в качестве фонового раствора для кулонометрических измерений смеси соляной и сульфосалициловой кислот.

При подготовке данных растворов использовали рН - метр — милливольтметр типа рН 673М для регистрации рН коррозионно - активной среды и удалителя.

Образцы выдерживались в растворе в течение от 1/2 до 6 часов при комнатной температуре. Все образцы использовались один раз, для каждого времени испытания брали индивидуальный образец.

В процессе опыта часть Fe (II) и Fe (III) с поверхности металла уходит в раствор NaCl, а часть остается на поверхности и переходит в раствор удалителя.

количество Fe (II), перешедшего в раствор NaCl;

количество Fe (III), перешедшего в раствор NaCl;

количество Fe (II), оставшегося на поверхности металла и перешедшего в удалитель;

количество Fe (III), оставшегося на поверхности металла и перешедшего в удалитель.

По результатам кулонометрических измерений нормализованная сталь и сталь контролируемой прокатки имеют одинаковый коррозионный фон как для Fe (II), так и для Fe (III).

Fe (II): 1.1 ±0.2 г/м2

Fe (III): 0.54± 0.08 г/м2

В результате измерений определяли количество электричества, израсходованное на реакции восстановления Fe3+ и окисления Fe2+, qFe^ и q 2,

соответственно, представляющие собой разности между суммарными зарядами, полученными в ходе собственно электролиза Fe3+ или Fe2+, соответственно qK или ^ и зарядами q3K и qoa>, израсходованными в ходе побочных (мешающих) процессов, связанных с анизотропией и коррозией СУ-электрода, протекающих на рабочем электроде:

Соответственно токи электролиза /к и /а - это сумма токов реакций электропревращения 1 и и токов побочных реакций 1э к и 1э а

поверхности рабочего электрода. Токи реакций электрода электропревращения связаны с искомыми зарядами следующим образом :

= \TFe^dt              =

О              •              О

55

где tK -время окончания электролиза, когда ток 1э=1ост а В ходе настоящей работы экспериментально установлено, что в течение первых 100с электролиза токи коррозионных реакций 1э к и 1э а бесконечно малы, по сравнению с токами реакций электропревращения железа. В этом случае

5

Поэтому, используя первые 8-10 экспериментальных точек зависимости ток электролиза - время электролиза, полученных в течение 100с процесса, составляли уравнения регрессии и рассчитывали токи электропревращения определяемого вещества от начала до окончания (/э = /0 и /э = /ост) процесса:

V =/o*exP(-V). tFe» =Л>аехр(-?аг)

5J

где /Ок или /0а - начальный ток при t = 0; к - эффективный коэффициент, учитывающий поверхность электрода, объем раствора, коэффициент диффузии и толщину диффузионного слоя.

Далее находили заряды qpe>* и qpe2* и массы определяемых веществ

YYIТУХ

Fe3+ и Fe1* соответственно:

М/

/ z

М/

Z-F

/ Z

Z-F

где M = 56 г - формульная масса окисляющегося или восстанавливающегося компонента; z - число электронов, участвующих в реакции (здесь z = 1); F = 96500 Кл.

Количество продуктов коррозии железа в объеме V коррозионной среды находят с учетом объема аликвот данной среды, Уал1 и Уал2 , введенных в ячейку для определения Fe3+ и Fe2+,