Influence of hydrogen embrittlementon mechanical properties of pipe steels

Abstract

Проблема влияния водорода на сопротивление разрушению металлических материалов и элементов конструкций является предметом пристального внимания специалистов и исследователей. Водород входит практически во все среды, перекачиваемые по трубопроводам: нефть, газ, нефтепродукты, при этом на него возлагаются большие надежды как на перспективный энергоноситель и высокоэффективное безвредное топливо. В этой связи и без того острая проблема влияния водорода на механическое поведение металлов является одной из ключевых для технико-экономического прогресса. Целью настоящей статьи является обобщение современных исследований по водородному охрупчиванию трубных сталей и его влиянию на их механические свойства. Рассмотрены основные положения механизма водородного охрупчивания. Отмечено, что водородное охрупчивание характеризуется ослаблением атомных связей в системе «металл - металл» и изменением пластичности материала, что имеет негативное воздействие на его механические свойства. Показано ухудшение механических свойств трубных сталей под воздействием водорода: предела текучести, предела прочности, относительного удлинения при разрыве, температуры хрупко-вязкого перехода, сопротивления разрушению и вязкости разрушения. Проанализированы механизмы возникновения и роста усталостных трещин в условиях воздействия водородосодержащей среды. The problem of the hydrogen impact on the fracture resistance of metallic materials and structural elements is under close attention of specialists and researchers. The hydrogen is included in almost all media pumped through pipelines: oil, gas, oil products, while high hopes are pinned on it as a promising energy carrier and a highly efficient, harmless fuel. In this connection, the already acute problem of the hydrogen impact on the mechanical behavior of metals is one of the key issues for technical and economic progress. The purpose of this article is to summarize current studies on hydrogen embrittlement of pipe steels and its impact on their mechanical properties. The main provisions of the hydrogen embrittlement mechanism are considered. It is noted that the hydrogen embrittlement is characterized by weakening of atomic bonds in metal-metal system and change in the material plasticity, which has negative impact on its mechanical properties. The deterioration of mechanical properties of pipe steels under the hydrogen impact is shown: yield strength, tensile strength, elongation at rupture, brittle-ductile transition temperature, fracture resistance and fracture toughness. The mechanisms of initiation and growth of fatigue cracks under the impact of hydrogen-containing medium are analyzed.