Использование водородных ловушек для контроля процесса водородного растрескивания сварных соединений высокопрочных сталей

УДК 539.4

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОРОДНЫХ ЛОВУШЕК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ВОДОРОДНОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ

Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков,

О.В. Пантюхин

Рассмотрено взаимодействие водорода с дефектами кристаллического строения в металлах и сплавах, а также современные методы повышения стойкости металлов и сплавов к водородному растрескиванию, основанные на создании в металле равномерно распределенных необратимых водородных ловушек, позволяющих снизить восприимчивость металла к водородному растрескиванию.

Ключевые слова: водородные ловушки, границы зерен, включения, атомы внедрения, энергия связи, сварные соединения.

Водородное растрескивание (ВР), также известное как холодное растрескивание или замедленное разрушение является одной из наиболее распространенных проблем, возникающих при сварке ферритных сталей. ВР заметно снижает механические свойства, такие, как пластичность, прочность на разрыв и вязкость разрушения при сварке [1, 2]. Эта проблема имеет два аспекта. Во-первых, вероятность ВР в сварном соединении максимальна при температурах в диапазоне от -50 до 150 °С, что включает температуру окружающей среды [3, 4]. Во-вторых, ВР сварного шва часто происходит в течение нескольких часов или через несколько дней после сварки, и хотя оно достаточно обширно, трещины очень трудно обнаружить без применения специализированных методов диагностирования. Поэтому ВР создает опасность причинения катастрофического разрушения сварного соединения во время его эксплуатации.

Обычные методы предотвращения ВР в стальных сварных соединениях включают в себя предварительную или последующую термообработку, использование нецеллюлозных электродов с надлежащим отжигом и подготовку свариваемой кромки. Эти методы применяются для обеспечения того, чтобы концентрация водорода была ниже критической концентрации для протекания процесса ВР, особенно при температурах ниже 100 °С. Однако предварительная термическая обработка и неправильная послесварочная термообработка усиливают развитие локализации водорода в высокопрочных стальных сварных соединениях. В связи с этим новые решения для ВР при сварке высокопрочных сталей должны включать замену существующих методов термообработки и обеспечивать снижение количества водорода в атмосфере дуги.

Современные подходы с использованием метода конечных элементов и метода конечных разностей позволяют предсказать правильную термическую обработку, которая может предотвратить нежелательное рас-

344

пределение водорода в сварных соединениях. Однако для их применения необходимо использовать комплексные программы испытаний и жестко контролировать параметры температуры и сварки. Такой контроль часто оказывается непрактичным и сложным. Поэтому необходимо исследовать новые подходы к управлению водородом при сварке стали, основанные на более фундаментальном металлургическом понимании и прогнозировании.

Данные вопросы являются также весьма актуальными и ценными при разработке процессов изготовления изделий из порошковых композиций методом селективного лазерного спекания с использованием аддитивных технологий и необходимы для установления закономерностей изменения механических свойств таких изделий в тепловых, механических и других физико-химических полях и средах.

Поскольку в стали водород распределен неоднородно, он будет располагаться не только в междоузлиях решетки, но также будет сегрегирован на атомных и микроструктурных несовершенствах, таких как вакансии, атомы примесей, дислокации, границы зерен, микропоры и частицы второй фазы [5 - 7]. В этих локализованных областях среднее время пребывания атома водорода значительно больше, чем в обычном междоузлии решетки. Эти дефекты и неоднородности принято называть водородными ловушками [8, 9].

Цель введения в материал водородных ловушек заключается в том, чтобы заставить перераспределить поглощенный водород, разделить его между узлами решетки и местами скопления ловушек, так чтобы критическая концентрация водорода (ск), необходимая для зарождения трещин, не могла быть легко достигнута.

Поскольку ВР зависит от диффузии водорода, присутствие водородных ловушек влияет на кинетику процесса растрескивания и может сыграть полезную роль в препятствии механизму охрупчивания. Основным преимуществом введения в материал водородных ловушек является то, что концентрация диффузионно-подвижного водорода (с^) может быть уменьшена без необходимости проведения обширной термообработки. Сильные и тонко распределенные водородные ловушки будут захватывать атомы водорода во время цикла охлаждения сварного шва, что дает гораздо меньше шансов для миграции водорода и его накопления в области концентраций напряжений. При наличии сильных ловушек номинальное содержание остаточного водорода может быть выше, чем содержание без ловушек. При этом концентрация водорода будет намного более равномерно распределена и все еще ниже критической концентрации диффузионного водорода для ВР.

Заметным эффектом взаимодействия «водород - ловушка» является уменьшение коэффициента кажущейся диффузии водорода [10] в стали при температурах ниже 200 °С. Способность ловушки удерживать атом водорода связана с энергией связи (Ев) «водород - ловушка». Захваченный

атом водорода должен получить энергию, существенно большую, чем энергия миграции решетки, чтобы вырваться из ловушки и внести вклад в измеренную диффузию. Ниже предела насыщения ловушки могут оказывать некоторое сопротивление водородному охрупчиванию (ВО) за счет уменьшения количества диффундирующего водорода. Однако при перенасыщении ловушки могут оказаться вредными из-за локализованного ох-рупчивания. Кроме того, перенасыщенные ловушки могут выделять атомы водорода во время деформации, что, в свою очередь, повышает концентрацию диффузионно-подвижного водорода. В процессе сварки атомы водорода абсорбируются, а металл шва становится перенасыщенным водородом в течение цикла охлаждения. Если присутствует достаточно большое количество ловушек, избыток водорода будет заполнять эти участки до уровня, значительно меньшего предела их насыщения. В этой ситуации места скопления ловушек выгодны и должны обеспечивать устойчивость к ВО при условии, что их размер и распределение в других отношениях не способствуют разрушению.

Вклад в энергию связи ловушек включает три конкретных типа взаимодействий: электронное, напряженное и межфазное взаимодействия. Ловушки, обладающие энергией связи выше, чем 60 кДж/моль, определяются как необратимые ловушки, в то время как ловушки с энергией ниже, чем 60 кДж/моль, определяются как обратимые ловушки [2].

Как правило, водородная ловушка имеет два или более типов взаимодействий. Ряд исследователей [9, 11] считают, что большая часть энергии ловушек возникает из-за сопряженного поведения физических и химических взаимодействий, поскольку каждое физическое искажение решетки всегда сопровождается электронным возмущением.

Прессшур [11] в своей ловушковой теории ВО обсудил влияние использования как обратимых, так и необратимых ловушек на устойчивость к ВО. Поскольку энергия взаимодействия между решеткой и ловушкой ЬЕи всегда будет положительной, доля водорода в обратимых (ф^) или необратимых ловушках (ф7) всегда будет больше, чем в узле решетки (фЬ), в результате чего концентрации диффундирующего водорода (сь) уменьшаются. При условии, что ловушки мелкие и однородно распределены по всей решетке, эти ловушки полезны для устойчивости к ВО. Чтобы достичь такой стойкости, требуется однородное распределение ловушек, чтобы уменьшить вероятность того, что любая конкретная ловушка достигнет насыщения и/или критической концентрации, которая может инициировать растрескивание.

Микроструктурная зависимость ВР в высокопрочной стали включает характер металлической фазы, форму, размер и распределение дефектов; размер зерна, степень включения когерентной металлической матрицы, а также степень сегрегации примесей. Эти аспекты подробно рассмотрены Бернштейном и Прессшуром [9], Юриокой и Сузуки [12].

Использование ловушек с высокой энергией связи явно недостаточно, чтобы можно было спроектировать микроструктуру сварного шва, которая обладает высокой устойчивостью к ВР. Также необходима оценка критической концентрации водорода (ск) соответствующего участка ловушки, которая зависит от свойств матрицы и типа ловушки.

Для достижения этой задачи необходимо оценить влияние затвердевания и фазовых превращений на структуру, размер и распределение ловушек, которые обычно существуют как включения.

Включения имеют потенциал для снижения ВР в высокопрочной стали двумя способами: 1) путем содействия образованию более жесткой микроструктуры и 2) путем захвата водорода в течение цикла охлаждения после сварочного процесса. Олсон и др. [13] показали, что сильно необратимые ловушки могут препятствовать ВР, способствуя ускоренному уменьшению диффундирующего водорода в течение цикла охлаждения после сварки. Таким образом, количество диффундирующего водорода при температурах ВР ниже 100 °С может быть гарантировано ниже допустимого предела. Эффективность включений при предотвращении ВР зависит не только от их энергий связи, но и от многих других факторов, таких, как начальная температура мартенситного превращения и напряженное состояние на границе раздела включение-матрица.

Считается, что форма включения может играть существенную роль в ВР, поскольку она часто определяет давление водорода, которое может быть достигнуто на границе раздела [14]. Форма включения также изменяет локальное напряженное состояние [15] и транспортировку водорода к потенциальным местам зарождения трещин, включая саму ловушку [16]. Прессшур в ловушковой теории ВО [8] показал, что удлиненные включения Мп8 способствовали зарождению трещины при более низкой критической концентрации водорода (ск), чем округлые, и что эффект был более выражен в структуре бейнит-мартенсит, чем в структурах феррит-перлит. Следовательно, желательны мелкие сферические частицы второй фазы, особенно те частицы, которые имеют когерентные интерфейсы. Большие включения вредны из-за их большей вероятности пересечения границ зерен и повышения чувствительности к растрескиванию.

В то время как тонкие включения могут быть получены путем обеспечения большего числа центров зародышеобразования в жидком расплаве [17], предпочтительные небольшие сферические включения могут быть достигнуты путем уменьшения содержания примесей металлоидов [18], включая серу. Тем не менее, существует предел для уменьшения содержания серы из-за повышенного риска формирования структуры мартенсита. Применение редкоземельных металлов или обработка кальцием считаются эффективными решениями для проблемы включения сульфидов в сталь при ВР. Эти обработки сфероидизируют включения сульфидов, сохраняя размер менее одного микрометра и увеличивая общее количество

включений. Поэтому обработка редкоземельными элементами позволяет свести к минимуму содержание серы, но все же получить достаточные участки зародышеобразования внутризеренного феррита.

В литературе имеются противоречивые данные о влиянии размера зерна на водородную хрупкость. Сообщалось, что мелкие размеры зерен, а также размеры мелкого карбида оказывают благотворное влияние [19]. Поскольку границы зерен являются зонами захвата водорода, утонение зерна должно иметь благоприятный эффект, потому что водород более равномерно распределен [18]. Более того, сегрегирующие элементы, которые снижают когезионную прочность границ зерен, также будут более равномерно распределены. Такие благоприятные эффекты утонения зерна наблюдались как для ферритных, так и для аустенитных сталей [20 - 22]. Исследования Проктора и Пакстона [20] на стали АШ 4340, обработанной методами термоциклирования, показали, что измельчение зерна привело к увеличению времени разрушения во время коррозионного растрескивания под напряжением.

Противоположные выводы были сделаны Картером [23], использовавшим сталь АШ 4340 с добавлением кремния, и Лессаром и Герберичем [24], использующим закаленную сталь А1Ш 4340, которая получила более длительное время до разрушения, поскольку размер зерна стал более грубым. Герберич предположил, что кинетика роста трещин в основном зависит от контроля процесса диффузии, который может быть связан или с областью границы зерен, или с количеством остаточного аустенита на границе. Райдер и др. [25] также сообщали о сходных результатах для стали АШ 4340 и предположили, что крупный размер зерна аустенита обеспечивает интерфейсы, которые способствуют разветвлению трещин, что улучшает ударную вязкость стали.

Во многих случаях невозможно предотвратить образование дефектов с низкой критической концентрацией водорода (ск) для значений ВР. Поэтому необходимо снизить количество водорода, захватываемого такими дефектами. Когда поглощение водорода сталью не может быть устранено, как и в случае сварочных процессов, введение водородных ловушек в сталь рассматривается как возможное решение. Чтобы быть эффективными, сами водородные ловушки должны иметь высокое значение (ск). К таким ловушкам относят элементы замещения, такие, как скандий, лантан, кальций, тантал, неодим, гафний и иттрий, или карбонитриды с такими элементами, как ванадий, цирконий, титан, ниобий и бор [9, 18].

Добавление блокирующих элементов к стали также считается возможным решением, поскольку они эффективно уменьшают растворимость водорода и его диффузию. К ним относят палладий, кобальт, алюминий, кремний, золото, платину, серебро и иногда медь. Никель как важный легирующий элемент в высокопрочной стали не может рассматриваться как блокирующий элемент, поскольку он проявляет слегка отрицательное зна-

чение коэффициента взаимодействия е^ [26]. Другие блокирующие элементы, такие, как сера, фосфор, мышьяк и сурьма, особенно в присутствии никеля и хрома, признаны вредными, поскольку они сегрегируют на внутренних границах [9].

Механизм влияния окисления растворенного металла на содержание диффундирующего водорода может быть описан на основе термодинамического равновесия металл-кислород, предполагая, что водяной пар является источником водорода и кислорода в металле сварного шва. В реакции «водород - кислород», которая является последней реакцией окисления в металле сварного шва, концентрация диффундирующего водорода находится в равновесии с растворенным кислородом и увеличивается до тех пор, пока все еще имеются атомы металлов для образования оксидов. С другой стороны, сами образующиеся оксиды являются перспективными необратимыми зонами водородной ловушки, которые захватывают часть водорода и эффективно уменьшают содержание диффундирующего водорода в металле шва. Оптимальное содержание кислорода требуется для достижения наименьшей концентрации диффузного водорода в металле шва [27].

Ли и Норт [28] рассмотрели влияние примесных элементов на поверхностную активность. Считается, что эти элементы изменяют баланс между растворимостью водорода и скоростью выделения на поверхности сварочной ванны. Сериу [29] показал, что добавки теллура, селена и серы в композициях покрытий для сварочных электродов заметно понижают содержание диффундирующего водорода в металле сварного шва из низколегированной стали. Ду и др. [30] предположили, что некоторые редкоземельные элементы, будучи поверхностно активными в расплавленной ванне, уменьшают поверхностное натяжение жидкого металла, что, в свою очередь, уменьшает абсорбцию водорода в расплавленной ванне. Их эксперименты с использованием добавок иттрия и теллура к металлу шва подтвердили уменьшение количества диффундирующего водорода.

Выводы

1. Введение водородных ловушек в металл сварного шва имеет два потенциальных преимущества, которые помогут снизить восприимчивость сварных соединений к ВР. Во-первых, это возможность свести к минимуму содержание диффундирующего водорода быстрее, чем дегазация водорода. Во-вторых, способность этих ловушек помочь предотвратить локализованное скопление водорода в металле сварного шва во время термических циклов, без осуществления обширной термической обработки.

2. Выбор водородных ловушек для предотвращения ВР требует дополнительной информации, а не только анализа характеристик их захвата водородом. Поэтому необходимо комплексно рассматривать их влияние и концентрацию на механическую целостность сварного шва.

349

3. Наличие в металле сварного шва высокоэнергетических водородных ловушек приводит к снижению диффузионной подвижности водорода, который тем самым исключается из процесса охрупчивания сварных соединений высокопрочных сталей.

4. Дальнейшее развитие теории водородных ловушек является перспективным направлением для создания новых материалов и их использования в реальных условиях при комплексном воздействии термомеханических и коррозионных факторов, что позволит диагностировать изменение физико-механических свойств различных материалов при работе в агрессивных средах и применять результаты для создания ресурсосберегающих технологий обработки материалов и при создании изделий из порошковых композиций селективным лазерным спеканием [31 - 59].

Работа выполнена по Федеральной целевой программе по проекту «Разработка прототипа инженерного программного обеспечения (ИПО) на основе высокопроизводительных вычислений для оценки механических характеристик изделия, изготовленного с использованием аддитивных технологий (методом селективного лазерного спекания) с учетом стратегии изготовления изделия» (уникальный идентификатор проекта RFMEF 157717X0271).

Список литературы

1. Колачев Б.А. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1985. 216 с.

2. Hirth J.P. Effects of hydrogen on the properties of iron and steel // Metall. Trans. A. 1980. V. 11A. P. 861 - 890.

3. Yurioka N., Suzuki H. Hydrogen-assisted cracking in C-Mn and lo-walloy steel weldments // Inter. Mat. Rev. 1990. № 35(4). P. 217 - 249.

4. Шоршоров М.Х. Металловедение сварки стали и сплавов титана. М.: Изд-во «Наука», 1965. 336 с.

5. Dayal R.K. Parvathavarthini N. Hydrogen embrittlement in power plant steels // Sadhana. 2003. V. 28. P. 431 - 451.

6. Развитие повреждаемости и обезуглероживание высокопрочных низколегированных сталей в условиях водородного охрупчивания / Н.Н. Сергеев, А.Н. Чуканов, В.П. Баранов, А. А. Яковенко // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 2. С. 4 - 9.

7. Накопление и транспорт водорода в ферритно-мартенситной стали РУСФЕР-ЭК-181 / Е.А. Денисов, Т.Н. Компаниец, М.А. Мурзинова, А.А. Юхимчук (мл.) // ЖТФ. 2013. Т. 83. № 6. С. 38 - 44.

8. Pressouyre G.M., Bernstein I.M. An example of the effect of hydrogen trapping on hydrogen embrittlement // Metall. Trans. A. 1981. V. 12 A. P. 835 - 844.

9. Bernstein I.M. Pressouyre G.M. The role of traps in the microstructural con-trol of hydrogen embrittlement of steels. // Hydrogen degradation of ferrous alloys; Editors R.A. Oriani, J.P. Hirth and M. Smialowski. Noyes Publications. New Jersey. 1985. P. 641 - 685.

10. Johnson H.H. Hydrogen in iron // Metall. Trans. B. 1988. V. 19 B. P. 691 - 707.

11. Pressouyre G.M. Trap theory of hydrogen embrittlement // Acta Metall. 1980. V. 28. P. 895 - 911.

12. Yurioka N., Suzuki H. Hydrogen assisted cracking in C-Mn and low alloy steel weldments // Inter. Mater. Rev. 1990. V. 35. № 4. P. 217 -249.

13. Olson D.L., Maroef I., Lensing C., Smith D., Wildeman T., Eberhart M. // Hydrogen Management in Steel Weldments; ed. J.L. Davidson and D.L. Olson. Melbourne, Australia, DSTO and WTIA. 1996. 1 - 19.

14. Yu H.Y., Li J.C.M. Hydrogen embrittlement due to hydrogen-inclusion interactions // Journal Nucl. Met. 1976. V. 20. P. 872.

15. Iino M. The extension of hydrogen blister-crack array in linepipe steels // Metall. Trans. A. 1978. V. 9A. P. 1581 - 1590.

16. J.C.M. Li. Physical chemistry of some microstructural phenomena // Metall. Trans. A. 1978. 9A. P. 1353 - 1380.

17. Iino M., Nomura N., Takezawa H., Takeda T. Engineering solutions to the H2S problem in linepipes // Current Solutions to Hydrogen Problems in Steels.; Proc. of Int. Conf. on Current Solutions to Hydrogen Problems in Steels, ASM Int., 1982. P. 159 - 167.

18. Pressouyre G.M. Current Solutions to Hydrogen Problems in Steels (ed. C.G. Interrante and G.M. Pressouyre) // Ohio: Metals Park, ASM, 1982. P. 18 - 34.

19. Thompson A.W., Bernstein I.M. The role of metallurgical variables in hydrogen-assisted environmental fracture // Adv. Corros. Sei. Technol. New York: Plenum Press, 1980. P. 53 - 175.

20. Proctor R.P.M., Paxton H.W. The effect of prior-austenite grain-size on the stress-corrosion cracking susceptibility of AISI 4340 steel. // Trans. ASM. 1969. V. 62. P. 989 - 999.

21. Rath B.B., Bernstein I.M. The relation between grain-boundary orientation and intergranular cracking // Metall. Trans. 1971. V. 2. P. 2845 - 2851.

22. Louthan M.R., Donovan J.A., Rawl D.E. Effect of high dislocation density on stress corrosion cracking and hydrogen embrittlement of type 304L stainless steel // Corrosion. 1973. V. 29. № 3. P. 108 - 111.

23. Carter C.S. The effect of silicon on the stress corrosion resistance of low alloy high strength steels // Corrosion. 1969. V. 25. № 10. P. 423 - 431.

24. Lessar J.F., Gerberich W.W. Grain Size Effects in Hydrogen-Assisted Cracking // Metall. Trans. A. 1976. V. 7A. P. 953 - 960.

25. Ryder D.A., Grundy T., Davies T.J. Current Solutions to Hydrogen Problems in Steels, (ed. C.G. Interrante and G.M. Pressouyre). // Metals Park, Ohio: ASM, 1982, P. 272 - 274.

26. Sigworth G.K., Elliot J.F. The thermodynamics of liquid dilute iron alloys // Met. Sci. 1974. V. 8. P. 298 - 310.

27. Liu S., Olson D.L., The effect of altitude on welding // Materials Park, OH, ASM. 1996. P. 347 - 352.

28. Li H., North T.H., Hydrogen absorption and hydrogen cracking in high strength weld metal // Key Engineering Materials. 1992. V. 69-70. P. 95 - 112.

29. The prevention of weld cracking by addition of special elements / N. Seriu, S. Kanazawa, H. Gondo, K. Yamato, T. Otsubo // 61th AWS Annual Meeting. April 1980. AWS, Miami, Florida.

30. Du. Z. [et. al] // China Welding. 1996 V. 5 № 2. P. 125 - 131.

31. Влияние разнозернистости аустенита на кинетику перлитного превращения в мало- и среднеуглеродистых низколегированных сталях / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Д. А. Провоторов, И.В. Минаев, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова // Материаловедение. 2014. № 7. С. 23 - 26.

32. Особенности протекания процессов разупрочнения при горячей деформации алюминия, меди и их сплавов / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Д.Н. Боголюбова, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, Д. А. Провоторов // Материаловедение. 2014. № 6. С. 48 - 55.

33. Роль процесса зародышеобразования в развитии некоторых фазовых переходов второго рода / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, И.В. Тихонова, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. № 1. С. 15 - 21.

34. Влияние деформационной повреждаемости на формирование механических свойств малоуглеродистых сталей / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов // Производство проката. 2015. № 12. С. 9 - 13.

35. Формирование механических свойств углеродистых сталей в процессах вытяжки с утонением / А.Е. Гвоздев, Г.М. Журавлев, А.Г. Колмаков // Технология металлов. 2015. № 11. С. 17 - 29.

36. Теория пластичности дилатирующих сред: монография / Э.С. Макаров, А.Е. Гвоздев, Г.М. Журавлев; под. ред. проф. А.Е. Гвоздева. 2-е изд. перераб. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 337 с.

37. Распределение температур и структура в зоне термического влияния для стальных листов после лазерной резки / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, А.Г. Колмаков, И.В. Тихонова, А.Н. Сергеев, Д. А. Провоторов, Д.М. Хонелидзе, Д.В. Малий, И.В. Голышев // Материаловедение. 2016. № 9. С. 3 - 7.

38. Сопряженные поля в упругих, пластических, сыпучих средах и металлических труднодеформируемых системах: монография / Э.С. Макаров, В.Э. Ульченкова, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев; под ред. проф. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 526 с.

352

39. Механизмы водородного растрескивания металлов и сплавов, связанные с усилением дислокационной активности / Н.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21, № 2(71). С. 32 - 47.

40. Анализ теоретических представлений о механизмах водородного растрескивания металлов и сплавов / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21, № 3(72). С. 6 - 33.

41. Перспективные стали для кожухов доменных агрегатов /

H.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, С.Н. Кутепов, О.В. Кузовлева, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Сер. «Техника и технологии». 2017. Т. 7, № 2(23). С. 6 - 15.

42. Temperature distribution and structure in the heat-affected zone for steel sheets after laser cutting / A.E. Gvozdev, N.N. Sergeyev, I.V. Minayev,

I.V. Tikhonova, A.N. Sergeyev, D.M. Khonelidze, D.V. Maliy, I.V. Golyshev, A.G. Kolmakov, D.A. Provotorov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017 T. 8. № 1. С. 148 - 152.

43. Вариант определения максимального пластического упрочнения в инструментальных сталях / Г.М. Журавлев, А.Е. Гвоздев, А.Е. Чеглов, Н.Н. Сергеев, О.М. Губанов // Сталь. 2017. № 6. С. 26 - 39.

44. Бреки А.Д., Гвоздев А.Е. О влиянии масел с наночастицами твёрдых смазочных материалов на потери мощности в зубчатых передачах // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 4. С. 171 - 180.

45. Бреки А.Д., Гвоздев А.Е. О зависимости вязкости масел от наличия в них наночастиц твердых смазочных материалов и взвешенных частиц износа при использовании эмпирического уравнения Вальтера // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 3. С. 90 - 98.

46. Исследование и расчет температурного поля в баллонах шинно-пневматических муфт нефтебуровых и газобуровых установок / Б.Д. Кукаленко, Е.В. Заборский, А.Д. Бреки, А.Е. Гвоздев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. № 1.

C.207 - 217.

47. On friction of metallic materials with consideration for superplastici-ty phenomenon / A.D. Breki, A.E. Gvozdev, A.G. Kolmakov, N.E. Starikov,

D.A. Provotorov, N.N. Sergeyev, D.M. Khonelidze // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 126 - 129.

48. Synthesis and dry sliding behavior of composite coating with (R-OOO)FT polyimide matrix and tungsten disulfide nanoparticle filler / A.D. Breki, A.L. Didenko, V.V. Kudryavtsev, E.S. Vasilyeva, O.V. Tolochko, A.G. Kolmakov, A.E. Gvozdev, D.A. Provotorov, N.E. Starikov, Yu.A. Fadin // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 32 - 36.

49. Composite coatings based on A-OOO polyimide and WS2 nanopar-ticles with enhanced dry sliding characteristics / A.D. Breki, A.L. Didenko, V.V. Kudryavtsev, E.S. Vasilyeva, O.V. Tolochko, A.E. Gvozdev, N.N. Sergeyev, D.A. Provotorov, N.E. Starikov, Yu.A. Fadin, A.G. Kolmakov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 56 - 59.

50. Противоизносные свойства пластичных смазочных композиционных материалов «ЛИТОЛ 24 - частицы гидросиликатов магния» / А.Д. Бреки, В.В. Медведева, Н.А. Крылов, А.Г. Колмаков, Ю.А. Фадин, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, С.Е. Александров, Д.А. Провоторов // Материаловедение. 2017. № 3. С. 38 - 42.

51. Maximum plastic strengthening in tool steels / G.M. Zhuravlev,

A.E. Gvozdev, A.E. Cheglov, N.N. Sergeev, O.M. Gubanov // Steel in Translation. 2017. Vol. 47. № 6. P 399 - 411.

52. Многоуровневый подход к проблеме замедленного разрушения высокопрочных конструкционных сталей под действием водорода /

B.П. Баранов, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Н.Н. Сергеев, А.Н. Чуканов // Материаловедение. 2017. № 7. С. 11 - 22.

53. Атлас микроструктур неметаллических и металлических материалов: учебное пособие / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, О.В. Кузовлева, А.Н. Сергеев, Н.Е. Стариков, В.Ю. Кузовлев, А.Д. Бреки, А.А. Калинин, П.Н. Медведев, Ю.С. Дорохин, Д.В. Малий, В.И. Абрамова, К.Н. Старикова, И.Д. Зайцев, С.Н. Кутепов Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 96 с.

54. Новые конструкционные материалы: учебное пособие / Н.Е. Стариков, В.К. Зеленко, О.В. Кузовлева, А.Н. Сергеев, В.Ю. Кузовлев, А. А. Калинин, А.В. Маляров; под. общ. ред. проф. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 296 с.

55. Материаловедение: учебник для вузов / Н.Н. Сергеев,

A.Е. Гвоздев., В.К. Зеленко, А.Н. Сергеев, О.В. Кузовлева, Н.Е. Стариков,

B.И. Золотухин, А.Д. Бреки; под ред. проф. А.Е. Гвоздева. 2-е изд., доп. и испр.Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 469 с.

56. Технология металлов и сплавов: учебник / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, В.И. Золотухин, А.Н. Сергеев, А.Д. Бреки, О.В. Кузовлева, Г.М. Журавлёв, Д.А. Провоторов.; под ред. проф. Н.Н. Сергеева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 490 с.

57. Спецглавы математики и их применение в технике: учебник / А.С. Пустовгар, Г.М. Журавлёв, А.Е. Гвоздев. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 112 с.

58. Образец для определения адгезионной прочности покрытий: пат. на полезную модель № 2016142134 (170385). Заявл. 26.10.16. Опубл. 24.04.17. Бюл. № 12. 6 с.

59. Свидетельство РФ №2017616180 о государственной регистрации программы на ЭВМ «Программный комплекс для моделирования ресурсосберегающих производств обработки и фрикционного взаимодейст-

вия металлических систем» / А.Д. Бреки, А.Е. Гвоздев, Ю.С. Дорохин, Д.С. Клементьев, С.Н. Кутепов, О.В. Кузовлева, Д.В. Малий, П.Н. Медведев, И.В. Минаев, Д.В. Провоторов, Н.Е. Проскуряков, А.Н. Сергеев, Д.М. Хонелидзе. Заявка № 2017613672. Дата государственной регистрации в реестре программ для ЭВМ в Роспатенте 02.06.2017.

Сергеев Николай Николаевич, д-р техн. наук, профессор, technology@,tspu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,

Сергеев Александр Николаевич, д-р пед. наук, профессор, ansergueev@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого,

Кутепов Сергей Николаевич, канд. пед. наук., доцент, kutepov.sergei@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,

Гвоздев Александр Евгеньевич д-р техн. наук, проф., gwozdew.alexandr2013@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,

Стариков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., starikov_taii@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Пантюхин Олег Викторович, канд. техн. наук, доц., gwozdew.alexandr2013@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE USE OF HYDROGEN TRAPS TO CONTROL THE PROCESS OF HYDROGEN CRACKING OF WELDED JOINTS OF HIGH STRENGTH STEELS

N.N. Sergeev, A.N. Sergeev, S.N. Kutepov, A.E. Gvozdev, N.E. Starikov, O.V. Pantyukhin

The article considers the interaction of hydrogen with defects of crystal structure in metals and alloys. The article considers the modern methods of hardening metals and alloys to hydrogen induced cracking, based on the creation of metal uniformly distributed irreversible hydrogen traps, which reduce the susceptibility of the metal to hydrogen cracking.

Key words: hydrogen traps, grain boundaries, inclusions, interstitial atoms, binding energy, weldedjoints.

Sergeev Nikolay Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, technology@,tspu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State Leo Tolstoy Pedagogical University,

Sergeev Aleksandr Nikolaevich, doctor of pedagogical sciences, professor, technology@,tspu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State Leo Tolstoy Pedagogical University,

355

Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical sciences, docent, kute-pov. sergei@mail. ru, Russia, Tula, Tula State Leo Tolstoy Pedagogical University

Gvozdev Aleksandr Evgen'yevich, doctor of technical sciences, professor, gwozdew.alexandr2013@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State Leo Tolstoy Pedagogical University,

Starikov Nikolay Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, stari-kov_taii@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Pantjuhin Oleg Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, gwoz-dew. alexandr2 013@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University