Методы коррозионных испытаний, применяемые при разработке и промышленном освоении новых судостроительных сталей и сплавов и технологий их производства. Обзор. Часть II. Испытания на коррозионное растрескивание и натурные морские испытания

. В обзоре изложены методы испытаний на коррозионное растрескивание, которые реализуют различные условия нагружения образцов: при постоянной статической нагрузке или деформации; при постоянной или возрастающей нагрузке образцов с предварительно выращенной усталостной трещиной; с постоянной малой скоростью деформирования образцов в условиях растяжения. Проведение подобных испытаний необходимо для определения сопротивления судостроительных материалов, которые должны эксплуатироваться в составе нагруженных судовых конструкций, соприкасающихся с морской водой. Приведены краткие представления о механизме коррозионного растрескивания сталей и сплавов. Указана необходимость проведения стендовых испытаний сталей и их сварных соединений, а также моделей, имитирующих отдельные узлы и элементы конструкций. На данном этапе обеспечиваются условия, максимально приближенные к условиям эксплуатации за счет экспозиции в различных климатических зонах Мирового океана (вариации температуры, концентрации хлоридов, количества растворенного кислорода, степени биообрастания и их одновременное воздействие). Показано, что в ходе натурных испытаний (завершающий этап комплексных обязательных сдаточных испытаний) новые материалы, перспективные для использования в морских условиях, проходят окончательную оценку коррозионной стойкости в виде элементов судовых конструкций и систем в условиях эксплуатации судна.

1. Василенко И.И., Мелехов Р.К. Коррозионное растрескивание сталей. Киев: Наукова думка, 1977. 265 с.

2. Вороненко Б.И. Коррозионное растрескивание сталей (обзор) // Защита металлов. 1997. Т. 33. № 2. С. 132–143.

3. Горынин И.В., Грищенко Л.В., Соколов Б.В. Проблемы выбора материалов и технологий сварки при строительстве ледостойких платформ // Регистр СССР: Научно-технический сборник. 1977. Т. 1. Вып. 20. С. 120–134.

4. Соколов О.Г., Малышевский В.А., Легостаев Ю.Л., Грищенко Л.В. Современные свариваемые судостроительные стали в России и за рубежом // Сварочное производство. 1995. № 5. С. 19–21.

5. Горынин И.В, Малышевский В.А., Легостаев Ю.Л. Высокопрочные свариваемые стали // Вопросы материаловедения. 1999. № 3(20). С. 21–29.

6. Малышевский В.А, Семичева Т.Г., Владимиров Н.Ф., Хлусова Е.И. Хладостойкие стали для судостроения и морской техники // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. 2004. № 27. С. 134–149.

7. Легостаев Ю.Л. Освоение морского пути по Северному Ледовитому океану и создание корпусных материалов и средств их коррозионно-эрозионной защиты при эксплуатации ледоколов и стационарных морских ледостойких буровых установок // Вопросы материаловедения. 2012. № 2(70). С. 224–226.

8. Материалы для судостроения и морской техники. Справочник в 2-х томах / Под ред. И.В. Горынина. Т. 1. Санкт-Петербург: НПО «Профессионал», 2009. 776 с.

9. Newman R.C. Stress-Corrosion Cracking Mechanisms // Corrosion Mechanisms in Theory and Practice / Markus Р., Oudar J. eds. USA: Marcel Dekker, 1995. Р. 311–368.

10. Ramamurthy S., Atrens A. Stress corrosion cracking of highstrength steels // Corrosion Reviews. 2013. Vol. 31. No. 1. Р. 1–31. https://doi.org/10.1515/corrrev-2012-0018

11. Brown B.F. Stress Corrosion Cracking in High Strength steel and in Aluminium and Titanium Alloys. NRL, 1972.

12. Ажогин Ф.Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей. Москва: Металлургия, 1974. 256 с.

13. Коррозия: Справочное издание / Под ред. Л.Л. Шрайера. Москва: Металлургия, 1981. 632 с.

14. Scully J.R., Moran P.J. Influence of strain on the environmental hydrogen-assisted cracking of a high strength steel in sodium chloride solution // Corrosion. 1988. Vol. 44. No. 3. P. 176–185. https://doi.org/10.5006/1.3583922

15. Богорад И.Я., Гоман Г.М., Климова В.А. Исследование коррозионной стойкости корпусных сталей в натурных условиях // Технология судостроения. 1967. № 6. С. 19–25.

16. Prosek T., Iversen A., Taxen C., Thierry D. Low temperature stress corrosion cracking of stainless steels in the atmosphere in presence of chloride deposits // Corrosion. 2009. Vol. 65. No. 2. P. 105–117. https://doi.org/10.5006/1.3319115

17. Малышев В.Н. Коррозионное растрескивание стали Х18Н10Т в однонормальном растворе соляной кислоты при комнатной температуре, инициируемое наводороживанием // Вопросы материаловедения. 2010. № 1. С. 117–125.

18. Сергеев Н.Н., Кутепов С.Н., Гвоздев А.Е., Агеев Е.В. Механизмы водородного растрескивания металлов и сплавов, связанные с усилением дислокационной активности // Известия Юго-Западного государственного университета. Курск. 2017. Т. 21. № 2. С. 32–42. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2017-21-2-32-47

19. Oryshchenko A.S., Mushnikova S.Y., Kharkov A.A., Kalinin G.Y. Study of stress corrosion cracking of austenitic steels in sea water // Proceedings of the European Corrosion Congress EUROCORR 2010. September 13–17. 2010. Moscow, P. 334.

20. Wang S., Martin M.L., Sofronis P., Ohnuki S., Hashimoto N., Robertson I.M. Hydrogen-induced intergranular failure of iron // Acta Mater. 2014. Vol. 69. P. 275–282. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.01.060

21. Novak P., Yuan R., Somerday B.P., Sofronis P., Ritchie R.O. A statistical, physical-based, micro-mechanical model of hydrogen-induced intergranular fracture in steel // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2010. Vol. 58. No. 2. P. 206–226. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2009.10.005

22. Маричев В.А. Современные представления о водородном охрупчивании при замедленном разрушении // Защита металлов. 1980. Т. 16. № 5. С. 531–543.

23. Bulloch J.H. Same effect of yield strength on the stress corrosion cracking behaviour of low alloy steels in aqueous environments at ambient temperatures // Engineering Failure Analysis. 2004. Vol. 11. No. 6. P. 843–856. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2004.03.006

24. Kobayashi K., Omura T., Ueda M., Nakamura K. Effect of testing temperature on SSC properties of low alloy steel // Corrosion 2006, Houston, TX. NACE, 2006. Paper no. 06127.

25. Ravindranath K., Tanoli N., Al-Wakaa D. Effect of long-term service exposure on the localized corrosion and stress corrosion cracking susceptibility of type 347 stainless steel // Corrosion. 2018. Vol. 74. No. 3. P. 350–361. https://doi.org/10.5006/2612

26. Guo X., Gao W., Chen K., Shen Z., Zhang L. Corrosion and stress corrosion cracking susceptibility of type 347h stainless steel in supercritical water // Corrosion. 2018. Vol. 74. No. 1. P. 83–95. https://doi.org/10.5006/2459

27. Ogawa Y., Takakuwa O., Okazaki S., Okita K., Funakoshi Y., Matsunagа H., Matsuoka S. Pronounced transition of crack initiation and propagation modes in the hydrogen-related failure of a Nibased superalloy 718 under internal and external hydrogen conditions // Corrosion Science. 2019. Vol. 161. Article 108186. http://dx.doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108186

28. Ma H.C., Liu Z.Y., Du C.W., Wang H.R., Li X.G., Zhang D.W., Cui Z.Y. Stress corrosion cracking of E690 steel as a welded joint in a simulated marine atmosphere containing sulphur dioxide // Corrosion Science. 2015. Vol. 100. Р. 627–641. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2015.08.039

29. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. Москва: Наука, 1974. 640 с.

30. Разрушение. Т. 2: Математические основы теории разрушения / Под ред. Г. Либовица. Москва: Мир, 1975. С. 204–335.

31. Ильин А.В., Филин В.Ю. Применение расчетных оценок прочности с использованием механики разрушения для сварных конструкций глубоководной техники // Деформация и разрушение материалов. 2012. № 2. С. 9–15.

32. Zhu X.-K., Joyce J.A. Review of fracture toughness (G, K, J, CTOD, CTOA) testing and standardization // Engineering Fracture Mechanics. 2012. Vol. 85. P. 1–46. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2012.02.001

33. Паркинс Р.Н., Маца Ф., Ройела Ж.Ж. Методы испытания на коррозию под напряжением // Защита металлов. 1973. Т. 1. № 3. С. 515–540.

34. Костин С.К. Коррозионное растрескивание в морской воде высокопрочных сталей различного структурно-фазового состава: Автореферат диссертации … кандидата технических наук. Санкт-Петербург, 2018. 24 с.

35. Mushnikova S.Y., Kalinin G.Y., Kharkov A.A. Corrosion resistance problems of low magnetic shipbuilding steels // Inorganic Materials: Applied Research. 2016. No. 7. P. 892–898. https://doi.org/10.1134/S2075113316060113

36. Scully J.C. The interaction of stress corrosion cracking of austenitic steels in seawater // Corrosion Science. 1980. Vol. 20. P. 997–1016.

37. Serebrinsky S.A., Duffo G.S., Galvele J.R. Effect of strain rate on stress corrosion crack velocity: Difference between intergranular and transgranular cracking // Corrosion Science. 1999. Vol. 41. No. 1. P. 191–195. https://doi.org/10.1016/S0010-938X(98)00118-8

38. Toshinori O., Juichi I. Stress corrosion cracking susceptibility and cracking criteria of 13 Cr martensitic stainless steels in neutral chloride solution at room temperature // Tetsu-To-Hagane / Journal of the Iron and Steel Institute of Japan. 1989. Vol. 75. No. 7. P. 1201–1216. https://doi.org/10.2355/tetsutohagane1955.75.7_1201

39. Леонов В.П., Щербинин В.Ф., Паноцкий Д.А., Малинкина Ю.Ю. Определение критической скорости нагружения при испытаниях на коррозионно-механическую прочность титановых сплавов // Сборник докладов Всероссийской конференции по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат-2013». Москва. 28 февраля – 01 марта 2013. Москва: ВИАМ, 2013. С. 20.

40. Харьков А.А., Немчикова Л.Г., Михневич А.П., Билина С.Ю. Оценка склонности сталей к коррозионному растрескиванию при испытании с медленной скоростью деформирования // Технология судостроения. 1990. № 3. С. 10–13.

41. Мушникова С.Ю., Харьков О.А., Костин С.К. Методы оценки коррозионно-механической прочности конструкционных материалов и стенды для их испытаний // Сборник докладов Всероссийской конференции по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат-2013». Москва, 28 февраля – 01 марта 2013. Москва: ВИАМ, 2013. С. 18.

42. Case R., Bezensek B. Fracture toughness assessment of the susceptibility for sulfide stress corrosion cracking in high strength carbon steels: A review // Corrosion. 2021. Vol. 77. No. 1. P. 48–59. https://doi.org/10.5006/3610

43. Ali M., Pargeter R. Techniques for determining the effect of a sour environment on fracture toughness of steel // Steely Hydrogen. 2nd Int. Conf. on Metals and Hydrogen. May 5 – 7, 2014, Gent, Belgium. Available at URL: https://www.twi-global.com/technicalknowledge/published-papers/techniques-for-determining-the-effect-of-a-sour-environment-on-fracture-toughness-of-steel

44. Cravero S., Bravo R., Ernst H. А simplified transient approach for modeling crack growth in DCB specimen testing // CORROSION 2010, Houston, TX. NACE International. 2010. Paper no. 10321.

45. Hadley I., Karger S.A. Effect of crack tip constraint on fracture toughness of A533B steel and validation of the sintap constraint procedure. Ainsworth R. ed. Gloucester, UK: Nuclear Electric Ltd, 1999. Available at URL: http://www.eurofitnet.org/sintap_TWI-012.pdf

46. Thébault F., Gomes C., Millet J., Oliveira J., Kemtchou S. Sulfide stress cracking fracture toughness of 125 ksi grade in mild sour service conditions // NACE – International Corrosion Conference Series. 2017. Vol. 2. P. 1106–1112.

47. Brown B.F. Stress corrosion cracking: A perspective review of the problem. Naval Research Laboratory. Report 7130. 1970. 27 p.

48. Альхименко А.А., Харьков А.А., Шемякинский Б.А., Шапошников Н.О. Разработка методики ускоренных испытаний трубных сталей нефтяного сортамента на коррозионное растрескивание // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 9. С. 70–76. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-9-70-76

49. ASTM G 129-21. Standard Practice for Slow Strain Rate Testing to Evaluate the Susceptibility of Metallic Materials to Environmentally Assisted Cracking. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2021. 7 p.

50. GB 15970.7-2000. Corrosion of Metals and Alloys – Stress Corrosion Testing – Part 7: Slow Strain Rate Testing. National Standard of China. 2000. 50 p.

51. Mustapha А., Charles E.A., Hardie D. Evaluation of environmentassisted cracking susceptibility of a grade X100 pipeline steel // Corrosion Science. 2012. Vol. 54. P. 5–9. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2011.08.030

52. Omura T., Kobayashi K., Ueda M. SSC resistance of high strength low alloy steel OCTG in high pressure H2 S environments // NACE – International Corrosion Conference Series. 2009. Paper no. 09102.

53. Jiao Y., Mahmood J., Zheng W., Singh P.M., Kish J.R. Effect of thermal aging on the intergranular stress corrosion cracking susceptibility of type 310S stainless steel // Corrosion. 2018. Vol. 74. No. 4. P. 430–443. https://doi.org/10.5006/2544

54. Wu L., Takeda Y., Shoji T., Yamashita M., Izumi S. Effect of reversed austenite on the stress corrosion cracking of modified 17-4PH stainless steel. // Corrosion. 2017. Vol. 73. No. 6. P. 704–712. https://doi.org/10.5006/2232

55. ASTM G 52-00. Standard Practice for Exposing and Evaluating Metals and Alloys in Surface Seawater. West Conshohocken, PA: ASTM International. 2020. 4 p.

56. Карпов В.А, Ковальчук Ю.Л., Полтаруха О.П., Ильин И.Н. Комплексный подход к защите от морского обрастания и коррозии. Москва: Товарищество научных изданий КМК, 2007. 156 с.

57. Melchers R.F., Jiffrey R. Influence of water velocity on marine immersion corrosion of mild steel // Corrosion. 2004. Vol. 60. No. 1. P. 84–94. https://doi.org/10.5006/1.3299235