Анотація до роботи:

Нестеренко С.В. Підвищення корозійної стійкості аустенітних зварних швів шляхом мікролегування РЗМ. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.17.14 – хімічний опір матеріалів і захист від корозії. Національний технічний університет України “КПІ”, Київ,2006.

Дисертація присвячена дослідженню корозійної стійкості зварних швів аустенітних хромонікелевих (18-8) і хромонікельмолібденових (18-8-2) сталей, мікролегованих рідкісноземельними металами (РЗМ), а також їхніми сполуками. Показано, що при введенні Y, його сполук, а також при комплексному мікролегуванні Y і Се зварного шва гальмується анодне розчинення металу та катодна реакція відновлення іонів водню, полегшується його пасивація. Встановлено, що мікролегування зварного шва РЗМ в оптимальних кількостях подрібнює структурні складові, очищує границі зерен, сприяє стабілізації структури наплавленого металу і приводить до підвищення стійкості до МКК. Структурні зміни викликають зменшення мікрохімічної гетерогенності (особливо по Ni і Cr) і сприяють утворенню пасивних захисних шарів, збагачених РЗМ. Це забезпечує більш рівномірний розподіл електродного потенціалу по поверхні металу зварного з'єднання.

Встановлено, що зварні шви, мікролеговані РЗМ, мають в 3-4 рази більшу корозійну стійкість в порівнянні зі зварними швами, отриманими за допомогою серійних електродів. Електроди з РЗМ впроваджені в практику ремонтних робіт на коксохімічних підприємствах.

1. Показано, що мікролегування Y або його сполуками, сумісне мікролегування Y і Се металу зварного шва призводять до зменшення струмів саморозчинення і полегшують його пасивацію. Встановлено зміщення потенціалу корозії аустенітних металів в анодний бік. Показано, що мікролегування Y гальмує катодну реакцію відновлення іонів водню. Визначено склад добавок РЗМ у покриття зварювальних електродів, що забезпечують підвищення корозійної стійкості аустенітних швів у розчинах Н₂SO₄.

2. Побудовано математичну модель впливу концентрацій легуючих елементів на швидкість корозійних процесів (К) і розмір аустенітного зерна (d₃). Показано, що швидкість корозії аустенітного металу 07Х19Н11МЗ залежить від вмісту Y, C, Cr, Ni. Встановлено, що розмір зерна в цьому випадку залежить тільки від вмісту Y в металі. При сталості вмісту в зварному шві C, Cr, Ni залежність швидкості корозії від вмісту Y у металі шва має квадратичну залежність з мінімумом, що відповідає оптимальному вмісту Y в межах 0,0025-0,0032 мас. %.

3. Встановлено, що Y сумісно з Се, а також їхні сполуки суттєво модифікують наплавлений метал зварного шва. Структурні зміни приводять до зменшення мікрохімічної неоднорідності (особливо по Ni і Cr) і сприяють утворенню суцільних пасивних захисних шарів, збагачених РЗМ. Це забезпечує більш рівномірний розподіл електродного потенціалу по поверхні металу зварного з'єднання і зменшує анодні локальні струми.

4. Запропонована схема впливу РЗМ на процеси виникнення МКК наплавленого металу. Гальмування дифузійних процесів міграції вуглецю при утворенні карбідів хрому в металі швів при температурах 600-800С, а також при більш сприятливому розподілі НВ зменшує схильність металу до МКК. Побудовано діаграму схильності до МКК металу швів 07Х19Н11МЗ від терміну провокуючого відпалу.

5. Вперше показано, що введення в метал зварних швів аустенітних сталей Y знижує дифузійну рухливість атомів водню. Зменшення водневого поглинання металу обумовлено присутністю в металі Y як у складі НВ, так і в твердому розчині, а також підвищенню енергії зв'язків метал - водень.

6. Встановлено, що на поверхні мікролегованих Y зварних швів 10Х20Н9Г6, на відміну від вихідного металу, у водному розчині Н₂SO₄ утворюється нанорозмірна мономолекулярна фаза (2-3 нм) з напівпровідниковими властивостями. Для досліджених систем розраховані потенціали плоских зон, товщина напівпровідникового шару та енергія Фермі. Показано, що при збільшенні вмісту Y в сталі потенціал плоских зон зміщується в негативний бік, енергія Фермі зменшується, що пов'язано зі збільшенням енергії виходу електронів з металу.

7. Встановлено, що мікролегування РЗМ зварних швів в 3-4 рази підвищує їхню корозійну стійкість у порівнянні зі зварними швами, утвореними електродами НЖ-13, ЭА-400/10у. Електроди з РЗМ (ЛK-1) впроваджені для зварювання і ремонту устаткування сульфатних відділень і цехів виробництва роданистих солей коксохімічних заводів, що сприяло збільшенню в 2-3 рази міжремонтного періоду роботи устаткування.

Публікації автора:

1. Нестеренко С.В., Ефіменко Н.Г. Корозійна тривкість зварних з’єднань аустенітної сталі, мікролегованої рідкісноземельними металами // Фізико-хімічна механіка матеріалів. – 2003. – № 5, Т.39. – С. 31-38.

Здобувач встановив, що домішки РЗМ забезпечують утворення на поверхні металу пасивних плівок, збагачених сполуками Y, Ce, Cr.

2. Ефименко Н.Г., Нестеренко С.В. Стойкость против межкристаллической коррозии аустенитного наплавленного металла, микролегированого Р3М // Автоматическая сварка. – 2003. – № 2. – С. 24-27.

Здобувач дослідив, що модифікування Y і Ce аустенітного наплавленого металу збільшує його опір до МКК.

3. Нестеренко С.В., Ефименко Н.Г., Желавский С.Г., Сахненко Н.Д. Влияние РЗМ на подвижность водорода в структуре аустенитных сварных швов и их коррозионную стойкость в кислых средах // Вестник НТУ «ХПИ». – Харьков, 2004. – № 41. – С. 60-66.

Здобувач довів,що мікродомішки Y зменшують рухливість водню, збільшують перенапругу реакції утворення водню та корозійну стійкість сталі.

4. Нестеренко С.В., Ефименко Н.Г., Желавский С.Г., Сахненко Н.Д. Влияние иттрия на подвижность водорода в структуре аустенитных сварных швов // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2005. – №3/2 (15). – С.8-12.

Здобувач довів,що мікролегування Y аустенітного металу 04Х18Н9 зменшує рухливість водню та наводнювання сталі.

5. Ефименко Н.Г., Нестеренко С.В. Диффузионное поведение водорода в модифицированном РЗМ металле сварных швов аустенитных сталей // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2005. – № 4/2 (16). – С.54-57.

Здобувач довів,що рухливість водню зменшується внаслідок присутності в металі Y, як у складі неметалевих включень , так і в твердому розчині ,що забезпечує високу енергію електронного зв`язку з воднем.

6. Нестеренко С.В., Джелали В.В., Шушура О.С. Импедансная спектроскопия стали 10Х20Н9Г6 , имплантированной Y в 1 M H₂SO₄ // Вестник НТУ «ХПИ». – Харьков, 2005. – № 16. – С.114-117.

Здобувач виміряв вольт-амперні характеристики та імпеданс на границях 10Х20Н9Г6 + х Y/ Н₂SO₄ – 1 мольдм^–3, виконав аналіз С^-2 = f(Е) згідно з теорією Мотта – Шоттки..

7. Джелали В.В., Нестеренко С.В. Импедансная спектроскопия межфазной границы полупроводник-электролит // Вестник НТУ «ХПИ». – Харьков, 2005. – №15. – С.47-50.

Здобувач виміряв вольт-амперні характеристики та імпеданс на границях Х18Н10/Н₂SO₄ – х М і виконав аналіз С^-2 = f(Е) згідно з теорією Мотта – Шоттки.

8. Состав электродного покрытия: А.с. 1785156 СССР, МКИ В23 К 35/365 / Нестеренко С.В., Ефименко Н.Г., Супруненко В.В., Косенко П.А., Бронфельд В.М. (СССР). – №4789989/27; Заявл. 21.11.89; Опубл. 27.01.95, Бюл.№3. – 7 с.

Здобувач обгрунтував поліпшення властивостей зварювального електрода з Y шляхом модифікації його СеО₂.

9. Пат. 1785156 Россия, МКИ В23 К 35/365 / Состав электродного покрытия: Пат. 1785156 Россия, МКИ В 23 К 35/365 / Нестеренко С.В., Ефименко Н.Г., Супруненко В.В., Косенко П.А., Бронфельд В.М. (Украина); УХИН, УЗПИ. – № 4789989/27; Заявл. 21.11.89; Опубл. 20.04.96, Бюл. №11. – 7 с.

10. Пат. 15674 Украина, МКИ В23 К 35/365 / Склад електродного покриття: Пат.15674 Украина, МКИ В 23 К 35/365 / Нестеренко С.В., Ефименко Н.Г., Супруненко В.В., Косенко П.А., Бронфельд В.М. (Украина); №94322349; Опубл. 30.06.97, Бюл. №3. – 6 с.

11. Нестеренко С.В., Ефименко Н.Г. Коррозионная стойкость сварных швов аустенитных сталей, микролегированных РЗМ, в технологических средах коксохимзаводов // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2004. – №2. – С.136-137.

Здобувач довів,що оптимальне мікролегування аустенітного металу РЗМ гальмує локальні прояви корозії в розчинах NH₄CNS.

12. Нестеренко С.В., Игнатов И.И. Коррозионная стойкость сварных швов аустенитных сталей в технологических средах коксохимпроизводства // Углехимический журнал. – 2004. – № 5-6. – С. 64-68.

Здобувач довів,що мікролегування сталей 07Х19Н11М3, 10Х20Н9Г6, 04Х18Н9, 12Х18Н9 Y та його сполуками збільшує їх корозійну стійкість шляхом утворення тривких пасивних плівок, збагачених РЗМ.

13. Ефименко Н.Г., Нестеренко С.В. Возможность повышения коррозионной стойкости металла аустенитного шва путем ввода РЗМ // Материалы международн. конф. «Сварка и родственные технологии. – К., 2002. – С.26-27.

Здобувачем здійснена математична обробка експерименту з оптимізаії хімічного складу зварного шва, модифікованого Y.

14. Ефименко Н.Г., Нестеренко С.В. Использование РЗМ и их лигатур для производства электродов, обеспечивающих высокую коррозионностойкость сварных швов аустенитных сталей // Тез. докл. Международн. конф. «Современные проблемы сварки и ресурса конструкций». – К., 2003. – С.25-26.

Здобувач дослідив вплив мікролегування Y, Ce та їх сполук на мікроструктуру і механічні властивості зварних швів.