Influence of internal stresses on the intensity of corrosion processes in structural steel

Cover Page

Cite item

Abstract

Introduction. The behavior of metal in a corrosive environment can be ambiguous, which is due to the peculiarities of the corrosion process. Both external and internal factors influence the corrosion process. External factors are determined by temperature, humidity, type of corrosive medium, etc., while internal factors depend on the parameters of the system (material): the presence of inclusions, phase composition, structure, and the magnitude of internal residual stresses. Internal factors ambiguously affect the behavior of the material in a certain aggressive medium, which ultimately affects the time of corrosion damage of the material and, as a consequence, the time of operation of objects made of this material. Therefore, differentiation of the influence of various internal factors on the rate of corrosion process in an aggressive environment is a priority area of research. The purpose of the present work is to consider the influence of the magnitude of internal residual stresses on the rate of corrosion process in an aggressive medium — 5% sulfuric acid solution. The object of research conducted in the work is sheet rolled steel St3 as received after different magnitude of plastic deformation, from which the specimens under study were made. The methods of investigation: microstructural study of deformed specimens was carried out on optical microscope Olympus GX53; software SIAMS 800 was used to compare the structure of the obtained material with the atlas of microstructures, determine the score of grain structure, determine the anisotropy of the structure after deformation of the material; X-ray diffractometer DRON-7 was used to register diffraction patterns and determine internal stresses; laboratory scales SHIMADZU UW620h was used to measure the mass of the specimens under study; tensile strength of the material’;s specimens was measured. Results and Discussion. The obtained results show that the plastic deformation of the material in the rolling direction has an ambiguous effect on the structure anisotropy. When the degree of plastic deformation increases, there is an ambiguous change in the grain anisotropy value, which is associated with the internal effects of the processes occurring in the material structure during plastic deformation, such as: sliding of the crystal lattice in the {111} <110> directions; the occurrence of reverse residual internal stresses due to the presence of inclusions in the steel structure. However, the degree of plastic deformation correlates quite well with the magnitude of internal residual stresses. The increase in the magnitude of internal residual stresses leads to an increase in the corrosion rate of structural steel St3 in 5 % hydrochloric acid solution. The obtained dependence is described by a linear equation with a high coefficient of determination, which indicates that there is a strong relationship between the magnitude of internal residual stresses and the rate of corrosion of the material. At the same time, the coefficient of influence of internal stresses on the corrosion rate is equal to 0.72, which additionally proves the existence of interrelation between the considered parameters.

About the authors

R. A. Sokolov

Email: falcon.rs@mail.ru
Tyumen Industrial University, 38 Volodarskogo, Tyumen, 625000, Russian Federation, falcon.rs@mail.ru

K. R. Muratov

Email: muratows@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Tyumen Industrial University, 38 Volodarskogo, Tyumen, 625000, Russian Federation, muratows@mail.ru

A. N. Venediktov

Email: annattoliy@gmail.com
Ph.D. (Engineering), Tyumen Industrial University, 38 Volodarskogo, Tyumen, 625000, Russian Federation, annattoliy@gmail.com

R. A. Mamadaliev

Email: mamadalievra@tyuiu.ru
Tyumen Industrial University, 38 Volodarskogo, Tyumen, 625000, Russian Federation, mamadalievra@tyuiu.ru

References

  1. Влияние напряженного-деформированного состояния металла трубопровода на скорость развития «ручейковой» коррозии / И.В. Жуйков, Д.В. Гареев, Г.Г. Попов, В.И. Болобов // Современные образовательные технологии в подготовке специалистов для минерально-сырьевого комплекса: III Всероссийская конференция: сборник научных трудов. – СПб., 2020. – С. 1364–1370.
  2. Зайнуллин Р.С., Зайнуллина А.Р. Взаимосвязь скорости коррозии и напряженно-деформированного состояния стали // Нефтегазовые технологии и новые материалы. Проблемы и решения. – Уфа, 2016. – Вып. 5 (10). – С. 347–353.
  3. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электроннооптический анализ. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Металлургия, 1970. – 366 с.
  4. Зерний Ю.В. Основы точности и управления качеством в приборостроении: учебное пособие. – М.: Моск. гос. акад. приборостроения и информатики, 2003. – 170 с.
  5. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. – М: Металлургия, 1975. – 208 с.
  6. ГОСТ 9.008–85. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости. – М.: Изд-во стандартов, 2004. – 17 c.
  7. Материаловедение: учебное пособие / под ред. А.Г. Багинского; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во ТПУ, 2015. – 104 с.
  8. Роль неметаллических включений и микроструктуры в процессе локальной коррозии углеродистых и низколегированных сталей / И.И. Реформатская, И.Г. Родионова, Ю.А. Бейлин, Л.А. Нисельсон, А.Н. Подобаев // Защита металлов. – 2004. – Т. 40, № 5. – С. 498–504.
  9. Родионова И.Г., Бакланова О.Н., Зайцев А.И. О роли неметаллических включений в ускорении процессов локальной коррозии нефтепромысловых трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей // Металлы. – 2004. – № 5. – С. 13–19.
  10. Определение взаимосвязи фактора разнозернистости и скорости коррозии конструкционной стали / Р.А. Соколов, В.Ф. Новиков, К.Р. Муратов, А.Н. Венедиктов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 3. – С. 106–125. – doi: 10.17212/1994-6309-2020-22.3-106-125.
  11. Оценка влияния дисперсности структуры стали на магнитные и механические свойства / Р.А. Соколов, В.Ф. Новиков, К.Р. Муратов, А.Н. Венедиктов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2021. – Т. 23, № 4. – С. 93–110. – doi: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-93-110.
  12. Tensile properties and twinning behavior of high manganese austenitic steel with fine-grained structure / R. Ueji, N. Tsuchida, D. Terada, N. Tsuji, Y. Tanaka, A. Takemura, K. Kunishige // Scripta Materialia. – 2008. – Vol. 59, iss. 9. – P. 963–966. – doi: 10.1016/j.scriptamat.2008.06.050.
  13. Влияние зернограничных сегрегаций на температуры мартенситного превращения в бикристаллах NiTi / Р.И. Бабичева, А.С. Семенов, С.В. Дмитриев, К. Жоу // Письма о материалах. – 2019. – Т. 9, № 2. – С. 162–167. – doi: 10.22226/2410-3535-2019-2-162-167. – На англ. яз.
  14. Study of defect evolution by TEM with in situ ion irradiation and coordinated modeling / M. Li, M.A. Kirk, P.M. Baldo, D. Xu, B.D. Wirth // Philosophical Magazine. – 2012. – Vol. 92 (16). – P. 2048–2078. – doi: 10.1080/14786435.2012.662601.
  15. Influence of surface treatment of construction steels on determination of internal stresses and grain sizes using X-ray diffractometry method / R. Sokolov, V. Novikov, A. Venedictov, K. Muratov // Materials Today: Proceedings. – 2019. – Vol. 19 (5). – P. 2584–2585. – doi: 10.1016/j.matpr.2019.09.015.
  16. Влияние термической обработки на образование соединения MnS в низкоуглеродистой конструкционной стали 09Г2С / Р.А. Соколов, В.Ф. Новиков, И.М. Ковенский, К.Р. Муратов, А.Н. Венедиктов, Л.З. Чаугарова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 113–126. – doi: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-113-126.
  17. Abuku S. Magnetics studies of residual stress in iron and steel induced by uniaxial deformation // Japanese Journal of Applied Physics. – 1977. – Vol. 16 (7). – P. 1161–1170. – doi: 10.1143/JJAP.16.1161.
  18. Magnetic incremental permeability as indicator of compression stress in low-carbon steel / A.N. Stashkov, E.A. Schapova, A.P. Nichipuruk, A.V. Korolev // NDT & E International. – 2021. – Vol. 118. – P. 102398. – doi: 10.1016/j.ndteint.2020.102398.
  19. Modelling the plastic anisotropy of aluminum alloy 3103 sheets by polycrystal plasticity / K. Zhang, B. Holmedal, O.S. Hopperstad, S. Dumoulin // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. – 2014. – Vol. 22 (7). – P. 075015. – doi: 10.1088/0965-0393/22/7/075015.
  20. Zhao Q., Holmedal B., Li Y. Influence of dispersoids on microstructure evolution and work hardening of aluminium alloys during tension and cold rolling // Philosophical Magazine. – 2013. – Vol. 93 (22). – P. 2995–3011. – doi: 10.1080/14786435.2013.794315.
  21. Holmedal B., Houtte P.V., An Y. A crystal plasticity model for strain-path changes in metals // International Journal of Plasticity. – 2008. – Vol. 24 (8). – P. 1360–1379.
  22. Juul Jensen D., Hansen N. Flow stress anisotropy in aluminium // Acta Metallurgica et Materialia. – 1990. – Vol. 38 (8). – P. 1369–1380. – doi: 10.1016/0956-7151(90)90105-P.
  23. Extension of homogeneous anisotropic hardening model to cross-loading with latent effects / F. Barlat, J. Ha, J.J. Grácio, M.-G. Lee, E.F. Rauch, G. Vincze // International Journal of Plasticity. – 2013. – Vol. 46. – P. 130–142. – doi: 10.1016/j.ijplas.2012.07.002.
  24. Веттегрень В.И., Рахимов С.Ш., Светлов В.Н. Динамика нанодефектов на поверхности нагруженного золота // Физика твердого тела. – 1998. – Т. 40, № 12. – С. 2180–2183.
  25. Кулеев В.Г., Царькова Т.П. Особенности зависимости коэрцитивной силы сталей от упругих растягивающих напряжений после пластических деформаций и термообработки // Физика металлов и металловедение. – 2007. – Т. 104, № 5. – С. 479–486.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».