Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

Г. Г. Попов, научный сотрудник НЦ «Переработки ресурсов», канд. техн. наук, эл. почта: Popov_GG@pers.spmi.ru
В. И. Болобов, профессор кафедры машиностроения, докт. техн. наук, эл. почта: boloboff@mail.ru

И. У. Латипов, аспирант кафедры материаловедения и технологи художественных изделий, эл. почта: latipoviu@gmail.com

ООО «НОВА ЭНЕРДЖИС», Санкт-Петербург, Россия

А. О. Опарина, инженер по материалам, эл. почта: annatilsit@yandex.ru

АО «ЦИФРА», Санкт-Петербург, Россия
Е. И. Сумин, инженер III категории, эл. почта: sumin.eugen@gmail.com

Представлены результаты электролитического наводороживания пяти зон вертикально установленных на центральной вертикали образца (снизу вверх через 5 мм) образцов АРМКО-железа размером 30×20×2 мм в 5%-ном растворе H₂SO₄ с добавлением промотора 1,5 г/л CS(NH₂)₂ при плотности катодного тока 10; 17,5 и 25 мА/см² и длительности наводороживания до 35 мин. Обнаружено, что независимо от расположения зоны измерения и плотности тока изменение твердости HV образцов во времени имеет одинаковый вид: возрастание в течение 7,5–10 мин от исходного (HV₀ ~1475 МПа) до максимального (HV_max до 2090 МПа) значения, а затем снижение при существенной разнице между значениями ΔHV_max = HV_max – HV0 для самой нижней зоны 1 (ΔHV_max = 615 МПа) и самой верхней 5 (ΔHV_max = 372 МПа). Зоне 1 на поверхности образца соответствует и максимальное число «пузырей» (блистеров), на некоторых из них регистрируются темные линии — трещины. Вид установленной зависимости ΔHV = f(t) обусловлен суммарным действием двух факторов: искажением кристаллической решетки из-за внедрения в нее атомов водорода и ее сжатием давлением молекулярного водорода, находящегося в микропустотах в поверхностном слое металла. При достижении в блистерах критического значения давления водорода они трескаются с выходом водорода в атмосферу. Этот процесс сопровождается снижением сжимающих усилий, воздействующих со стороны блистеров на кристаллическую решетку, с уменьшением ее деформации и, как следствие, регистрируемой твердости. Величина максимального приращения твердости ΔHV_max в каждой зоне образца зависит от числа образовавшихся в этой зоне блистеров, и по этой причине убывает по мере подъема зоны измерения вверх. Незначительная разница в величинах ΔHV_max образцов после завершения наводороживания и выдержки на воздухе в течение 30 сут, достаточной для десорбции растворенного водорода из металла, свидетельствует о том, что основной вклад в искажение кристаллической решетки и повышение твердости АРМКО-железа при наводороживании вносит молекулярный водород. 

1. Litvinenko V. S. et al. Barriers to the implementation of hydrogen initiatives in the context of sustainable development of global energy. Zapiski Gornogo instituta. 2020. Vol. 244. pp. 428–438. DOI: 10.31897/pmi.2020.4.5
2. Forecast for the development of energy in the world and Russia 2019. Edited by А. А. Makarov, Т. А. Mitrovoy, V. А. Kulagin. Moscow: The Energy Research Institute of the RAS – Moscow school of Management Skolkovo, 2019. 210 p.
3. IEA: World Energy Balances 2020: Overview – July 2020. Available at: World_Energy_Balances_Overview_2020_edition.pdf (accessed: 20.04.2023).
4. Rudko V. A., Gabdulkhakov R. R., Pyagay I. N. Scientific and technical substantiation of the possibility of organizing the production of needle coke in Russia. Zapiski Gornogo instituta. 2023. Vol. 263. pp. 795–809.
5. Shammazov I. A., Batyrov A. M., Sidorkin D. I., Van Nguyen T. Study of the effect of cutting frozen soils on the supports of above-ground trunk pipelines. Appl. Sci. 2023. Vol. 13. 3139. DOI: 10.3390/app13053139
6. Fetisov V., Davardoost H., Mogylevets V. Technological aspects of methane–hydrogen mixture transportation through operating gas pipelines considering industrial and fire safety. Fire. 2023. Vol. 6. 409. DOI: 10.3390/fire6100409
7. Shammazov I., Dzhemilev E., Sidorkin D. Improving the method of replacing the defective sections of main oil and gas pipelines using laser scanning data. Appl. Sci. 2023. Vol. 13. 48. DOI: 10.3390/app13010048
8. Beloglazov I. I., Morenov V. A., Leusheva E. L., Gudmestad O. T. Modeling of heavy-oil flow with regard to their rheological properties. Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 2. 359. DOI: 10.3390/en14020359
9. Ivanova I. V., Shaber V. M. Modern method for gas production. Journal of Mining Institute. 2016. Vol. 219. pp. 403-411. DOI: 10.18454/pmi.2016.3.403
10. Bolobov V. I., Popov G. G. Testing methods for pipeline steels for resistance to rill corrosion. Zapiski Gornogo instituta. 2021. Vol. 252. pp. 854–860. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.7
11. Kantyukov R. R., Zapevalov D. N., Vagapov R. K. Analysis of the use and impact of carbon dioxide environments on the corrosion state of oil and gas facilities. Zapiski Gornogo instituta. 2021. Vol. 250. pp. 578–586. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.11
12. Shishlyannikov D., Zverev V., Ivanchenko A., Zvonarev I. Increasing the time between failures of electric submersible pumps for oil production with high content of mechanical impurities. Applied Sciences. 2022. Vol. 12. Iss. 1. 64. DOI: 10.3390/app12010064
13. Silvestrov S. A., Gumerov A. K. Incubation period of development of stress corrosion cracking on main pipelines. Stroitelstvo i ekspluatatsiya neftegazoprovodov, baz i khranilishch. 2018. Vol. 3. No. 113. pp. 95–113. DOI: 10.17122/ntj-oil-2018-3-95-113
14. Wasim M., Djukic M. B. External corrosion of oil and gas pipelines: A review of failure mechanisms and predictive preventions. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2022. Vol. 100. 104467. DOI: 10.1016/j.jngse.2022.104467
15. Martínez E. R., Tesfamariam S. Multiphysics modeling of environment assisted cracking of buried pipelines in contact with solutions of near-neutral pH. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2022. Vol. 196. 104607. DOI: 10.1016/j.ijpvp.2021.104607
16. Song L. et al. Characteristics of hydrogen embrittlement in high-pH stress corrosion cracking of X100 pipeline steel in carbonate/bicarbonate solution. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 263. 120124. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120124
17. Tian H. et al. Electrochemical corrosion, hydrogen permeation and stress corrosion cracking behavior of E690 steel in thiosulfate-containing artificial seawater. Corrosion Science. 2018. Vol. 144. pp. 145–162. DOI: 10.1016/j.corsci.2018.08.048
18. Gumerov A. K., Khasanova A. R. Stress corrosion cracking in pipelines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 952. 012046. DOI: 10.1088/1757-899X/952/1/012046
19. Vasiliev G. G., Dzhalyabov A. A., Leonovich I. A. Analysis of causes of deformations of gas complex facilities engineering structures in the permafrost zone. Zapiski Gornogo instituta. 2021. Vol. 249. pp. 377–385. 10.31897/PMI.2021.3.6
20. Pryakhin E. I., Mikhailov A. V., Sivenkov A. V. Technological features of surface alloying of metal products with Cr-Ni complexes in the medium of low-melting metal melts. Chernye Metally. 2023. No. 2. pp. 58–65.
21. Truschner M., Trautmann A., Mori G. K. The basics of hydrogen uptake in iron and steel. Berg-und hüttenmännische Monatshefte: BHM. 2021. Vol. 166, Iss. 9. pp. 443–449. DOI: 10.1007/s00501-021-01142-x
22. Siegl W. Hydrogen trapping in heat treated and deformed Armco iron. NACE Corrosion 2019. 2019. 13083.
23. Liu M. A. et al. Microstructural influence on hydrogen permeation and trapping in steels. Materials & Design. 2019. Vol. 167. 107605. DOI: 10.1016/j.matdes.2019.107605
24. Nagumo M. et al. Fundamentals of hydrogen embrittlement. Singapore: Springer, 2016. 921 p.
25. Merson E. D. et al. Effect of current density of electrolytic hydrogenation on the concentration of diffusion-mobile hydrogen in low-carbon steel. Vektor nauki Tolyattinskogo gosudarstvennogo universiteta. 2015. Vol. 34. No. 4. pp. 76–82.
26. Newman J. F., Shreier L. L. Role of hydrides in hydrogen entry into steel from solutions containing promoters. Corrosion Science. 1969. Vol. 9. Iss. 8. pp. 631–641. DOI: 10.1016/S0010-938X(69)80117-4
27. Latipov I. U. Analysis of existing methods of hydrogenation and testing of steel samples for the effect of hydrogen. Gazovaya promyshlennost. 2022. No. 8. pp. 36–43.
28. Zhou C., Ye B., Song Y., Cui T. et al. Effects of internal hydrogen and surface-absorbed hydrogen on the hydrogen embrittlement of X80 pipeline steel. Int. J. Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44, Iss. 40. pp. 22547–22558. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.04.239
29. Depover T., Vercruysse F., Elmahdy A., Verleysen P. et al. Evaluation of the hydrogen embrittlement susceptibility in DP steel under static and dynamic tensile conditions. International Journal of Impact Engineering. 2019. Vol. 123. pp. 118–125. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2018.10.002
30. Wasim M., Djukic M. B. Hydrogen embrittlement of low carbon structural steel at macro-, micro-and nanolevels. International Journal of Hydrogen Energy. 2020. Vol. 45. Iss. 3. pp. 2145–2156. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.11.070
31. Singh V. Hydrogen induced blister cracking and mechanical failure in X65 pipeline steels. International Journal of Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. Iss. 39. pp. 22039–22049. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.06.098
32. Merson E. D., Poluyanov V. A. Stages of fish-eye crack growth under uniaxial tension of lowcarbon steel saturated with hydrogen. Transactions of the XVI International scientific and technical Ural school-seminar of metallurgists-young scientists. Yekaterinburg, 2015. pp. 343–346.
33. Kuznetsov V. V., Konstantinova N. I., Frolov V. A. The influence of electrolytic hydrogen on the microhardness of some metals. Fizika metallov i metallovedenie. 1961. Vol. 12. No. 2. pp. 255–259.
34. Zamotorin M. I., Kosovtseva T. S. Hydrogen in low-carbon and alloy steel. Metallurgiya. 1957. pp. 77–94.
35. Karpenko G. V., Litvin A. K. Effect of hydrogen on the change in microhardness of structural components of low-carbon steel. Vliyanie rabochikh sred na svoystva stali. 1961. Iss. 1. pp. 73–79.
36. Baymakov Yu. V., Kvint G. I. Hydrogen transfer into steel and iron during electrolytic treatment and etching. Trudy Leningradskogo politekhnicheskogo instituta. 1953. No. 6. pp. 72–83.
37. Beloglazov S. M. Hydrogenation of steel in electrochemical processes. Leningrad: Izdatelstvo Leningradskogo universiteta, 1975. 411 p.
38. Raczynski W. Przenikanie wodoru przez blachy zelazne w temperaturach zblizonych do pokojowej. Arch. Hutnictwa, 1958. Vol. 3. pp. 19–78.
39. Li X. et al. Effect of hydrogen charging time on hydrogen blister and hydrogen-induced cracking of pure iron. Corrosion Science. 2021. Vol. 181. 109200. DOI: 10.1016/j.corsci.2020.109200
40. Moroz L. S., Chechulin B. B. Hydrogen embrittlement of metals. Moscow: Metallurgiya, 1967. 256 p.
41. Besnard S. Influence de la haute pukete’du fer sur son aptitude au chargement en protons. Annales de chimie. 1961. Vol. 6. No. 3. pp. 245–283.
42. Efron L. I. Metal science in “Big” Metallurgy. Pipe Steels. Moscow: Metallurgizdat, 2012. 696 p.