Page 27 - Microsoft Word - Soviak_PhD_Thesis_Version_fin

27

Концентрація водню в об’ємі металу CH залежить від фугітивності водню

fH . Фугітивність є термодинамічною величиною, яка характеризує ефективний

тиск реального газу та використовується замість тиску в рівняннях стану для

врахування відхилення його поведінки від ідеальної. За тиску до 200 бар

фугітивність водню практично збігається з його тиском, що показано в роботі

[64]. Залежність між концентрацією водню в металі та фугітивністю описується

законом Сівертса (Sieverts) [71, 78]:

C  S f , (1.1)
H
H
де S  константа розчинності, значення якої залежить від температури.

Водень у кристалічній ґратці. Більшість конструкційних, зокрема трубних,
сталей має об’ємноцентровану кубічну (ОЦК) кристалічну ґратку. Згідно з

результатами квантово-хімічних розрахунків, атоми водню, розчинені в ОЦК-
ґратці, переважно займають тетраедричні міжвузлові позиції [52]. Натомість у

сплавах із гранецентрованою кубічною (ГЦК) ґраткою атоми водню енергетично

віддають перевагу октаедричним міжвузловим позиціям [16, 84, 129].

Відмінності в характері міжвузлового розташування водню в ОЦК- та

ГЦК-ґратках істотно впливають на його дифузійну рухливість. У матеріалах з

ОЦК-ґраткою водень дифундує значно швидше, ніж у матеріалах з ГЦК-ґраткою,

оскільки відстань між найближчими міжвузловими позиціями є меншою, а

енергетичні бар’єри для переходу між ними – нижчими [118, 129]. За кімнатної

температури коефіцієнт дифузії водню в чистому α-залізі з ОЦК-ґраткою

5
4
2
становить приблизно 10⁻ –10⁻ см /с [21, 56, 57].
Кількість міжвузлових позицій, доступних для розміщення атомів водню,
в ОЦК-ґратці є меншою, ніж у ГЦК-ґратці, що зумовлює нижчу розчинність

водню в ОЦК-залізі порівняно з ГЦК-залізом. Внаслідок цього трубні сталі з

ОЦК-ґраткою характеризуються значно меншою розчинністю водню, ніж

аустенітні сталі з ГЦК-ґраткою [43, 132].

Водень у пастках. Крім розчинення в міжвузлових позиціях кристалічної

ґратки, водень у сталях може локалізуватися на різних мікроструктурних

дефектах, які виконують роль пасток. Наявність таких пасток істотно збільшує