620.193
691.328

перлітна сталь
холодне волочіння
водневе окрихчення
характеристики пластичності
злами
розтріскування
pearlitic steel
cold drawing
hydrogen embrittlement
plasticity parameters
fracture surface
cracking

Досліджено особливості руйнування перлітної сталі різних етапів процесу холодного волочіння включно з вихідним станом та кінцевим комерційним продуктом (попередньо напруженим дротом) на повітрі та за наводнювання у модельному робочому середовищі рН 12,5. Пластичність сталі підвищується зі ступенем холодного волочіння, що пояснюють поступовим переорієнтуванням перлітних колоній у напрямі волочіння, а на останніх етапах знижується. За наводнювання отримано стабільно низькі значення відносного звуження, що свідчить про високу чутливість досліджуваної сталі до водневого окрихчення, яке також проявилося у множинному мікророзтріскуванні біля поверхонь руйнування. Втрата пластичності сталі внаслідок впливу водню менша у випадку комерційного високоміцного дроту порівняно з вихідним гарячекатаним прутком. Високу чутливість досліджуваних конструкційних сталей до водневого окрихчення слід враховувати при застосуванні електрохімічного захисту залізобетонних виробів.
Pecularities of fracture behaviour of progressively drawn pearlitic steels from the initial hot rolled bar (not cold drawn at all) to the final commercial product (prestressing steel wire) were investigated in air and under hydrogen charging in the Ca(OH)2 + NaCl solution with pH 12.5 which modelled a working medium of a steel reinforcement. The slightly drawn steels showed isotropic fracture behaviour and a smooth fracture surface at the macroscopic scale. As the cold drawing degree increases, steels fractography became more irregular with numerous elevations and valleys. The percentage of reduction in area ψ calculated after slow stran rate tests in air increases with the cold drawing degree. However, heavily drawn steels exhibit ψ decrease with cold drawing. This behaviour can be explained in function of the accumulated plastic strain εp and the colonies orientation inside the steels. In the hot rolled bar (not cold drawn at all) the orientation of pearlitic colonies (ferritic and cementite lamellas too) is random. As the cold drawn degree advances the pearlitic colonies are oriented progressively in the cold drawing direction (and ψ increase progressively too) until the steel reaches a certain value in its accumulated plastic strain. When further lamellas reorientation is not possible (almost all colonies have already been oriented), reduction in area begins to decrease, even with the increment of plastic strain. All the steels tested in air presented a symmetrical fracture surface in a macroscale (cup and cone fracture). On the contrary to the test in air, stable low values of reduction in area were obtained under hydrogenation conditions, revealing high sensitivity of the tested steel to hydrogen embrittlement which also manifested in plural microcracking near the fracture surfaces. However plasticity loss for the tested steel due to hydrogen was less in the case of the commercial high strength wire comparing to the as-received hot rolled bar. Surface cracks appeared because of facilitation of share processes in the surface layers by hydrogenating environment. Fracture in these cases always is initiated near the lateral surface which proves a crucial role of surface defects in the case of steel wires hydrogenation. High susceptibility of the tested structural steel to hydrogen embrittlement should be taken into account using electrochemical protection of reinforced concrete structures.

1. COST Action 521 – Corrosion of steel in reinforced concrete structures: Final report [Text] / R. Cigna, C. Andrade, U. Nurnberger et al (eds.). – Luxembourg: European Communities. – 2003. – 238 p.
2. In-service degradation of gas trunk pipeline X52 steel [Text] / G. Gabetta, H.M. Nykyforchyn, E. Lunarska et al. // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2008. – 44, № 1. – C. 88 – 99.
3. Никифорчин, Г.М. Феномен прояву високотемпературної деградації зварного шва ощаднолегованої сталі [Текст] / Г.М. Никифорчин, О.З. Студент, А.Д. Марков // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2007. – 43, № 1. – C. 73 – 79. (Nykyforchyn H.M., Student O.Z., and Markov A.D. Abnormal behavior of high-temperature degradation of the weld metal of low-alloy steel welded joints // Materials Science. – 2007. – № 1. – P. 77 – 84).
4. Опір крихкому руйнуванню металу сіткової гіперболоїдної вежі Шухова [Текст] / Г.В. Кречковська, О.З. Студент, А.І. Кутний та ін. // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2014. – 50, № 4. – C. 87 – 93. (Brittle-fracture resistance of the metal of hyperbiloid gridshell Shukhov tower // Materials Science. – 2015. – № 4. – P. 578 – 584.
5. Stress corrosion cracking of the clad structural steel after its high temperature hydrogen degradation / K. Lublinska, O. Tsyrulnyk, M. Hredil et al. // Advances in materials science. – 2007. – V. 7.–№ 1. – P. 27 – 32.
6. Студент О.З. Вплив тривалої експлуатації сталі 12Х1МФ з різних зон гину парогону ТЕС на її механічні характеристики [Текст] / О.З. Студент, Л.М. Свірська, І.Р. Дзіоба // Фiз.-хiм. механiка матерiалiв. – 2012. – 48, № 2. – С. 111 – 118. (Student O.Z., Svirs’ka L.M., Dzioba I.R. Influence of the long-term operation of 12Kh1M1F steel from different zones of a bend of steam pipeline of a thermal power plant on its mechanical characteristics // Materials Science. – 2012. – 48, № 2. – P. 239 – 246.)
7. Toribio J., Ovejero E. Effect of cold drawing on microstructure and corrosion performance of high-strength steel // Mechanics of Time-Dependent Materials. – 1998. – № 1. – Р. 307 – 319.
8. Toribio J., Ovejero E. Effect of cumulative cold drawing on the pearlite interlamellar spacing in eutectoid steel // Scripta Materialia. – 1998. – 39. – № 3. – Рp. 323 – 328.
9. Hredil M.I., Toribio J. Corrosion resistance of prestressing steel wires // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2014. – № 5. – С. 39 – 43.
10. J. Toribio, E. Ovejero. Failure analysis of cold drawn prestressing steel wires subjected to stress corrosion cracking // Engineering Failure Analysis. – 2005. – 12. – Р. 654 – 661.
11. Quantitative fractographic analysis of the fracture behaviour of progressively drawn pearlitic steels / J. Ayaso, B. González, J.C. Matos // Proc. of the 10th Portuguese Conference On Fracture. – February 22 – 24, 2006. – Guimarães, Portugal. – 9 p.
12. E. Proverbio, P. Longo. Sub critical crack growth in hydrogen assisted cracking of cold drawn eutectoid steel // Corrosion Science. – 2007. – 49. – Р. 2421 – 2435.

1. COST Action 521 – Corrosion of steel in reinforced concrete structures: Final report [Text], R. Cigna, C. Andrade, U. Nurnberger et al (eds.), Luxembourg: European Communities, 2003, 238 p.
2. In-service degradation of gas trunk pipeline X52 steel [Text], G. Gabetta, H.M. Nykyforchyn, E. Lunarska et al., Fiz.-khim. mekhanika materialiv, 2008, 44, No 1, P. 88 – 99.
3. Nykyforchyn, H.M. Fenomen proiavu vysokotemperaturnoi dehradatsii zvarnoho shva oshchadnolehovanoi stali [Text], H.M. Nykyforchyn, O.Z. Student, A.D. Markov, Fiz.-khim. mekhanika materialiv, 2007, 43, No 1, P. 73 – 79. (Nykyforchyn H.M., Student O.Z., and Markov A.D. Abnormal behavior of high-temperature degradation of the weld metal of low-alloy steel welded joints, Materials Science, 2007, No 1, P. 77 – 84).
4. Opir krykhkomu ruinuvanniu metalu sitkovoi hiperboloidnoi vezhi Shukhova [Text], H.V. Krechkovska, O.Z. Student, A.I. Kutnyi and other, Fiz.-khim. mekhanika materialiv, 2014, 50, No 4, P. 87 – 93. (Brittle-fracture resistance of the metal of hyperbiloid gridshell Shukhov tower, Materials Science, 2015, No 4, P. 578 – 584.
5. Stress corrosion cracking of the clad structural steel after its high temperature hydrogen degradation, K. Lublinska, O. Tsyrulnyk, M. Hredil et al., Advances in materials science, 2007, V. 7.–No 1, P. 27 – 32.
6. Student O.Z. Vplyv tryvaloi ekspluatatsii stali 12Kh1MF z riznykh zon hynu parohonu TES na yii mekhanichni kharakterystyky [Text], O.Z. Student, L.M. Svirska, I.R. Dzioba, Fiz.-khim. mekhanika materialiv, 2012, 48, No 2, P. 111 – 118. (Student O.Z., Svirska L.M., Dzioba I.R. Influence of the long-term operation of 12Kh1M1F steel from different zones of a bend of steam pipeline of a thermal power plant on its mechanical characteristics, Materials Science, 2012, 48, No 2, P. 239 – 246.)
7. Toribio J., Ovejero E. Effect of cold drawing on microstructure and corrosion performance of high-strength steel, Mechanics of Time-Dependent Materials, 1998, No 1, R. 307 – 319.
8. Toribio J., Ovejero E. Effect of cumulative cold drawing on the pearlite interlamellar spacing in eutectoid steel, Scripta Materialia, 1998, 39, No 3, Rp. 323 – 328.
9. Hredil M.I., Toribio J. Corrosion resistance of prestressing steel wires, Fiz.-khim. mekhanika materialiv, 2014, No 5, P. 39 – 43.
10. J. Toribio, E. Ovejero. Failure analysis of cold drawn prestressing steel wires subjected to stress corrosion cracking, Engineering Failure Analysis, 2005, 12, R. 654 – 661.
11. Quantitative fractographic analysis of the fracture behaviour of progressively drawn pearlitic steels, J. Ayaso, B. González, J.C. Matos, Proc. of the 10th Portuguese Conference On Fracture, February 22 – 24, 2006, Guimarães, Portugal, 9 p.
12. E. Proverbio, P. Longo. Sub critical crack growth in hydrogen assisted cracking of cold drawn eutectoid steel, Corrosion Science, 2007, 49, R. 2421 – 2435.