Page 121 - Дисертаця Венгринюк

121

Водень, що потрапляє у метал стінки труби (наприклад, внаслідок

корозійних процесів, електрохімічних реакцій або експлуатації в середовищі

газоподібного водню під тиском), розповсюджується дифузійно і

концентрується у зонах з підвищеними напруженнями, біля включень та меж

зерен. Як наслідок, метал зазнає водневого окрихчення, і, відповідно, це

спричиняє зниження в’язкості руйнування та зростання швидкості росту

тріщин. Тому для коректного прогнозування експлуатаційної надійності

необхідно оцінювати розподіл дифузійно рухливого водню в стінці труби як

функцію часу та початкової концентрації водню, а також пов’язані з цим зміни

механічних характеристик сталі.

Моделювання водневого окрихчення сталей є важливим для запобігання

непрогнозованого руйнування трубопроводів. Для цього необхідно,

насамперед, охарактеризувати дифузію водню в об’ємі металі як перший крок.

Дифузія – це масоперенесення з однієї ділянки в іншу, спричинене градієнтами

концентрації. Для опису дифузії водню у сталі (твердому тілі) найчастіше

використовують закони Фіка [205–209]. Дифузія водню у сталі є ключовим

процесом, що визначає його розподіл у матеріалі та вплив на механічні
властивості. Водень, маючи малий атомний радіус, легко проникає у сталь,

дифундує та може накопичуватися у дефектах структури (дислокаціях, порах,
межах зерен та інших). Опис цього процесу базується на законах Фіка.

Перший закон Фіка, для одновимірного випадку, визначає густину
дифузійного потоку:

( )
= − , (4.1)

де – потік водню, D – коефіцієнт дифузії водню, C(x) – концентрація водню,

dC – градієнт концентрації. Знак «–» означає рух водню в напрямку зменшення
dx
концентрації.