Железокремнистый сплав и изделие из сплава, проявляющие повышенное сопротивление водородному охрупчиванию, и способы их получения

1 Настоящее изобретение относится к сплаву и, альтернативно, к изделию из сплава, которые отличаются повышенным сопротивлением водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением. Воздействие на сталь наводороживающей среды может вызвать растрескивание. Настоящее изобретение в особенности предназначено для применения в тех случаях, когда изделие из сплава используется в наводороживающей среде, содержащей Н 2S или газообразный водород. Указанная наводороживающая среда обычно встречается при бурении нефтяных скважин и при транспортировке, производстве и хранении нефти и природного газа, а также в химической промышленности. Предметом изобретения является сплав и изделие из сплава, характеризующиеся повышенным сопротивлением водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением. Основной задачей изобретения является, в частности, создание железокремнистого сплава или изделия из железокремнистого сплава, имеющих указанные свойства, и способ их получения. Сплав согласно изобретению предпочтительно содержит от около 1,3 до около 1,7 вес.% кремния, железо и неизбежные примеси. Более предпочтительно, сплав содержит от около 1,4 до 1,6 вес.% кремния и легирующие элементы. В Fe - Si - Н системе изобретения железо действует как донор электронов, тогда как кремний действует как акцептор электронов. Кремний в диапазоне предпочтительной концентрации оказывает влияние на реструктуризацию электронов, которая дает в интенсивной наводороживающей среде квазиустойчивую Fe Si -Н систему. Во время данной реструктуризации железо отдает электрон для реструктуризации его наиболее удаленной (внешней) электронной оболочки, при этом получается более устойчивая структура или конфигурация (квазиустойчивая полузаполненная), тогда как кремний принимает электроны для заполнения его наиболее удаленной электронной оболочки и получения более устойчивой конфигурации(заполненной квазиустойчивой). В соответствии с изобретением Fe - Si - Н система может быть отнесена к квазиустойчивой системе, предпочтительно имеющей концентрацию кремния от около 1,3 до около 1,7 вес.% и более предпочтительно от около 1,4 до около 1,6 вес.%. Введение в Fe - Si - Н систему дополнительных легирующих элементов дает сплав согласно изобретению, имеющий определенные требуемые физические свойства (например, высокую прочность, твердость и т.д.). В этом отношении следует отметить, что квазиустойчивость системы зависит от устойчивости созданной электронной конфигурации оболочки и что введение в квазиустойчивую систему других элементов (атомов) может изменить донорно 003070 2 акцепторное взаимодействие Fe - Si - Н системы, оказывая таким образом влияние на ее квазиустойчивость. Соответственно в одном аспекте изобретения дополнительные легирующие элементы выбирают исходя из того, чтобы данное введение легирующих элементов не оказывало влияние на донорно-акцепторное взаимодействие системы и, таким образом, не оказывало отрицательное влияние на сопротивление полученного сплава водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением. Только для целей описания и только в отношении заявленной Fe - Si - Н системы такие элементы отнесены в данном описании к неинтерактивным элементам относительно Fe Si (и предполагается, что они являются приемлемыми легирующими элементами). Кроме того, в состав сплава изобретения может быть включен один или несколько дополнительных легирующих элементов (т.е. для достижения определенных требуемых механических свойств сплава), если он (они) не мешают требуемому взаимодействию Fe - Si. Более конкретно, легирующий элемент может быть включен в том случае, если он не препятствует созданию квазиустойчивых конфигураций полузаполненной и заполненной электронной оболочки. Способ выбора легирующих элементов в соответствии с изобретением включает двухстадийный процесс. Во-первых, выбирают такой элемент, который может обеспечить сплаву необходимые качественные и количественные свойства. Во-вторых, легирующий элемент испытывают на соответствие критерию согласованности с донорно-акцепторным взаимодействием. Если добавление легирующего элемента не препятствует желательному донорноакцепторному взаимодействию Fe - Si и не изменяет квазиустойчивость Fe - Si - Н системы,то предполагается, что такой легирующий элемент является приемлемым. Если элемент препятствует донорно-акцепторному взаимодействию и квазиустойчивости Fe - Si - Н системы, он не может быть использован в качестве легирующего элемента. В любом случае, было обнаружено, что большинство потенциальных легирующих элементов не препятствует желательному взаимодействию Fe - Si, (и поэтому они могут быть включены в качестве легирующего элемента) и в случае включения в сплав их используют в количестве, менее или равном 0,10 вес.%. Легирующие элементы, попадающие в указанную категорию, включают, но без неизбежного ограничения, следующие элементы: Be, Mg, Al, Ca,Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, W, Mo и некоторые РЗМ. Другие такие легирующие элементы включают Ge, Se, Rb, Zr, Nb, Ru, Аg, Cd, La, Ce,Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Er, W, Re, Os, Pb, Bi, U, N и другие РЗМ. 3 В альтернативном варианте сплав дополнительно включает углерод в количестве от 0,10 до 0,26 вес.%. В одном особом варианте заявленный сплав включает около 0,18% С, тогда как в дополнительных альтернативных вариантах заявленный сплав включает углерод в количестве от 0,15 до 0,23 вес.%. Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью варианта предпочтительного выполнения и графиков, представленных на фиг. 1-2. На фиг. 1 представлена графическая зависимость способности железокремнистых сплавов согласно изобретению к абсорбции водорода при различных концентрациях кремния; на фиг. 2 - графическая зависимость, показывающая некоторые свойства наводороженных низкоуглеродистых сталей при различных концентрациях кремния. Согласно одному аспекту изобретения предлагается железокремнистый сплав, характеризующийся повышенным сопротивлением водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением. Поэтому заявленный сплав подходит для использования в качестве конструкционного стального материала в таких средах, где присутствуют вода и водород. Конструкционный стальной материал согласно изобретению особенно подходит для применения в нефтяной промышленности и при добыче природного газа, например для изготовления трубопроводов и кожухов для трубопроводов для добычи нефти и газа из буровых скважин, бурильных штанг, труб трубопроводной линии и листов для изготовления стальных сборников, а также в химической промышленности. Согласно другому аспекту изобретения предлагается уникальный синтез составов сплава, который может быть использован для получения ряда сплавов, имеющих в добавление к повышенному сопротивлению водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением определенные желательные физические свойства (т.е. механические и другие свойства). Поэтому следует иметь в виду,что изобретение не ограничено конкретными описанными сплавами, которые представлены с целью примера. Из описания изобретения (в особенности из раздела определения предпочтительных составов сплава) и рисунков специалисту в данной области понятно, каким образом следует формулировать другие желательные сплавы и как получать изделия из сплавов для различных применений, включающих конструкционные материалы для оборудования,предназначенного для добычи нефти и природного газа. С помощью обширных исследований и экспериментов заявители создали двухстадийный способ или анализ для определения или предсказания потенциально выгодных составов 4 сплава. Указанная попытка первоначально была сосредоточена на определении влияния концентрации кремния на физические свойства железокремнистого сплава (далее в описании Fe - Si сплав). В особенности подвергали интенсивному наводороживанию и испытывали образцыFe - Si сплавов, изготовленные из чистого FeSi (99,998 вес.% Si, остальное примеси). Наводороживание осуществляли в течение 1 ч электролитическим способом с использованием платинового анода в 1 N растворе H2SO4 и 0,5% Аs2 О 3 при плотности тока 500 А/м 2. Это соответствует наводороживанию газообразным водородом при давлении 100 МПа. Заявители пришли к заключению, что водород работает как эффективный легирующий элемент. Данное заключение, т.е. состоящее в том, что водород может работать как легирующий элемент, нашло подтверждение в публикации Interaction Hydrogen with Metals (ed. By A.P. Zakharov), Ch. 9. by Goltsov V.A., Moscow,Nauka 1987). Кроме того, заявители проверяли способность сплава к абсорбции водорода при различных концентрациях Si в сплаве. Несмотря на то,что сплавы представляли собой однородную фазу и всегда представляли собой твердый раствор на основе Fe с центрированной кубической структурой альфа-фазы, заявители обнаружили в пределах определенного диапазона концентрации Si значительное отклонение в способности Fe - Si сплавов к абсорбции водорода. Как показано на графике фиг. 1, заметные изменения в абсорбции водорода наблюдались для концентраций кремния в диапазоне от около 1,4 до около 1,6 вес.%. Кроме того, способность целевого сплава к минимальной абсорбции водорода,т.е. когда сплав абсорбирует минимальное количество водорода, соответствует концентрации кремния около 1,5 вес.%. Поскольку способность Fe и его сплавов к абсорбции водорода почти прямо пропорциональна степени водородного охрупчивания, заявитель пришел к заключению, что самое высокое сопротивление Fe - Si - Н системы водородному охрупчиванию может быть достигнуто при концентрациях кремния около 1,4-1,6 вес.%. Затем заявители намеревались проанализировать взаимосвязь между концентрацией кремния и способностью Fe - Si сплава к абсорбции водорода и определить релевантные или критические факторы, влияющие на отклонение в способности к абсорбции водорода. Заявители ссылались на исследования, проведенные в отношении W - Re сплавов, и обнаружили, что присутствие в таких сплавах рения при концентрации 4-6 ат.% приводит к получению у сплава ряда уникальных физических свойств. Заявители также обнаружили, что данные эффекты понятно описывает модель конфигурационной локализации, в частности модель электронной локализации конденсированного 5 состояния вещества, созданная Г.В. Самсоновым и другими. Указанная модель и полученные результаты документально изложены Г.В. Самсоновым и другими в публикациях: ElectronDumka, p. 230 (1971). Модель Самсонова предусматривает связь между отклонением в физических свойствах сплава и типом электронной реструктуризации. Заявители предполагали, что природа изобретенного эффекта подобна влиянию рения. На основе данного предположения заявители решили, что изобретенный эффект может быть описан вышеприведенной теорией. Данная связь устанавливается, в частности,для электронной реструктуризации, где статистический вес наиболее устойчивой конфигурации увеличивается, но атомная устойчивость или прочность связи указанных конфигураций является недостаточной для образования в системе химической связи. В результате между компонентами системы образуются соединения и поэтому атомы системы фактически вынуждены уменьшать свою свободную энергию. Важное предположение в модели Самсонова состоит в том, что свободные, заполненные и полузаполненные конфигурации атомов являются наиболее энергетически устойчивыми(атомная устойчивость) и что полузаполненная электронная конфигурация является наиболее эффективной для создания атомной связи(прочности связи). Поэтому в системах с различными типами атомов происходит реструктуризация электронной конфигурации атомов, где каждый тип атома имеет тенденцию создавать соответствующую заполненную или полузаполненную квазиустойчивую конфигурацию. В этом способе атомы одного типа служат в качестве доноров, тогда как атомы другого типа служат в качестве акцепторов. Направление донорно-акцепторного взаимодействия зависит от свойств атома, таких как завершенность конфигурации оболочки, потенциал ионизации и/или сродство к электрону. Заявители проанализировали действие атомов Fe и Si в заявленной Fe - Si - Н системе и определили, что железо действует как донор электронов, тогда как кремний действует как акцептор электронов. Во время релевантной электронной реструктуризации железо отдает электрон для реструктуризации его электронной конфигурации оболочки 3d6 в квазиустойчивую конфигурацию 3d5 (полузаполненную). И наоборот, электронная конфигурация оболочки 3s23p2 кремния превращается в квазиустойчивую конфигурацию 3s23p6 (заполненную). В результате Fe - Si - Н система в целом становится квазиустойчивой. Кроме того, заявители отмечают, что электронная реструктуризация, связанная с Fe, создает в полузаполненной элек 003070 6 тронной конфигурации d5 межатомные связи dпереходных металлов, которые находятся на максимуме. Поэтому Fe - Si - Н система согласно изобретению относится к квазиустойчивой системе, предпочтительно имеющей концентрацию кремния от около 1,3 до около 1,7 вес.% и более предпочтительно от около 1,4 до около 1,6 вес.%. В соответствии с изобретением введение в квазиустойчивую Fe - Si - Н систему определенных дополнительных легирующих элементов может дать сплав, имеющий определенные желательные физические свойства (например, высокий предел текучести, твердость и т.д.). В этом отношении следует отметить, что квазиустойчивость системы зависит от устойчивости созданной электронной конфигурации и что введение в квазиустойчивую систему других элементов (атомов) может изменить донорноакцепторное взаимодействие Fe - Si - Н системы, оказывая таким образом влияние на ее квазиустойчивость. Соответственно в одном аспекте изобретения дополнительные легирующие элементы выбирают исходя из того, чтобы данное введение легирующих элементов не оказывало влияние на донорно-акцепторное взаимодействие системы и, таким образом, не оказывало отрицательное влияние на сопротивление полученного сплава водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением. Углерод является одним из наиболее важных легирующих элементов стали. Обычно увеличение в сплаве количества углерода приводит к повышению прочности сплава. Поэтому особенно важно, что углерод, по существу, не влияет на характер взаимодействия Fe и Si в заявленном сплаве. В тройных системах, таких как Fe - Si - С, взаимодействие Fe - Si регулируется. Для определения механических свойств нового сплава, которые зависят от углерода, в качестве основы первоначально использовали углеродистую сталь 1020 (С - 0,21%, Mn 0,10%, S - 0,04%, Р - 0,038%, Fe - остальное). Сталь 1020 легировали кремнием при следующих концентрациях кремния: 0,47, 1,0, 1,45, 1,6,2,0, 3,0 и 4,0 вес.%. Определяли способность образцов стали к абсорбции водорода, а также стандартные пороговые напряжения (смотри табл. 1 и фиг. 2). Стандартные пороговые напряжения (th) представляет собой отношение между пороговым напряжением сульфидного растрескивания под напряжением (т.е. максимальным напряжением, которое накладывается на образец без его разрушения) и пределом текучести. Образцы испытывали в течение 720 ч в стандартной среде NACE MR 0175-84. Табл. 2 предусматривает сравнение способности стали 1020 и заявленного сплава к абсорбции водорода. Таблица 1. Свойства наводороженных низкоуглеродистых кремнистых сталей Содержание кремния, вес.% 0,5 1,0 1,45 1,6 2,0 3,0 4,0 Пороговое напряжение (th) при сульфидном растрескивании 0,66 0,75 0,88 0,90 0,79 0,57 Таблица 2. Способность к абсорбции водорода Плотность тока,А/м 2 100 500 1000(диффузионная подвижность), мм 3/г Заявленная низкоуглеродистая легироСталь 1020 ванная сталь 31 0 60 1 149 4 Как показано на фиг. 2, кривая концентрации Si для углеродистой стали 1020 в соответствии с изобретением имеет экстремальный характер, который подобен тому, который был найден для Fe - Si сплава (как описано выше). Способность низкоуглеродистой стали к абсорбции водорода является в особенности минимальной, тогда как стандартные пороговые напряжения в таком же диапазоне концентрации кремния являются максимальными. На основе результатов испытаний заявители определили,что легирование углеродом в количестве до около 0,25 вес.% (например, около 0,20 вес.%) практически не оказывает влияние на квазиустойчивость Fe - Si - Н системы. Поэтому полученное согласно изобретению изделие из низкоуглеродистой стали проявляет высокое сопротивление водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением. Для выбора в Fe - Si - Н системе потенциального легирующего элемента, введение которого может обеспечить желательное(ые) свойство(а) образованному составу сплава, необходимо проанализировать электронную конфигурацию атома потенциального легирующего элемента и затем определить, будет ли введение элемента в систему препятствовать созданию уSi s2p6-конфигурации и/или у Fe d5 конфигурации. Дополнительный легирующий элемент может быть включен в систему сплава изобретения, (т.е. для сохранения определенных желательных физических свойств сплава),если он не препятствует необходимому взаимодействию Fe - Si. Более конкретно, легирующий элемент может быть включен, если он не препятствует следующим взаимодействиям: FeFe+ +(т.е. созданию полузаполненной квазиустойчивой 3d5-конфигурации оболочки) и Si + 4 Si4 8(т.е. созданию заполненной квазиустойчивой 3s2p6-конфигурации оболочки). Потенциальный легирующий элемент не будет препятствовать необходимому взаимодействиюFe - Si, если легирующий элемент работает в Fe - Si системе ни как донор, ни как акцептор. Указанные элементы дополнительно описаны ниже и представлены далее только с целью иллюстрации и в отношении заявленной Fe -Si - Н системы только как неинтерактивные элементы относительно Fe Si. По меньшей мере, в нескольких случаях использования потенциальных легирующих элементов элемент является квазиустойчивым благодаря электронной конфигурации наиболее удаленной оболочки, характеризующейся свободной, заполненной или полузаполненной конфигурацией. Поэтому указанные элементы не действуют ни как донор, ни как акцептор и отнесены далее к квазиустойчивым элементам при описании заявленнойFe - Si - Н системы. В других случаях потенциальный легирующий элемент работает в системе как донор (и поэтому не может быть включен в качестве легирующего элемента), если соответствующий положительный ион донорного элемента имеет энергию ионизации, которая меньше энергии ионизации Fe+. Кроме того, потенциальный легирующий элемент работает в системе как акцептор (и поэтому не может быть включен в качестве легирующего элемента), если образованный или соответствующий отрицательный ион акцепторного элемента имеет энергию ионизации, которая меньше энергии ионизации Si+. Таким образом, неинтерактивные элементы относительно Fe - Si и элементы, которые действуют в Fe - Si - Н системе ни как донор или ни как акцептор, являются неинтерактивными относительно Fe - Si элементами и могут быть использованы в заявленном Fe - Si сплаве. Ниже представлен пример анализа электронной реконструкции, связанного со способом выбора легирующего элемента в соответствии с изобретением. Прежде всего, следует отметить, что используемые в данном описании условные обозначения не соответствуют общепринятому химическому определению валентности. Такое общепринятое химическое определение в модели электронной локализации конденсированного состояния вещества является здесь неподходящим, поскольку обсуждаемые элементы находятся в форме твердых растворов. Пример анализа электронной реконструкции Для рассмотрения в качестве потенциальных легирующих элементов выбирают Сr, Со иTi при концентрации более 0,1 вес.%. Электронные конфигурации атома для каждого из элементов являются следующими: Сr = 3s23p23d5 Со = 3s2p63d7Ti = 3s2p63d2 Согласно вышеприведенному обсуждению имеется тенденция к созданию свободных полузаполненных или заполненных структур на 9 уровне 3d, поскольку такие конфигурации являются наиболее энергетически устойчивыми. Для уровня 3d структуры соответствуют 3d0, 3d5 и 3d10 конфигурациям. 1. Сr может быть добавлен в Fe - Si - Н систему для повышения, кроме прочего, прокаливаемости заявленного сплава. Так как Сr имеет полузаполненную 3d5 электронную конфигурацию, он не принимает участие в донорноакцепторном взаимодействии Fe - Si - Н системы (т.е. он является, как обсуждалось выше,неинтерактивным в отношении Fe - Si квазиустойчивым элементом). Поэтому он может быть использован в Fe - Si - Н системе в качестве легирующего элемента при концентрациях выше 0,10 вес.%, а также при концентрациях, равных или ниже 0,10 вес.%. 2. Со имеет наиболее удаленную электронную конфигурацию 3d7. 3d7 Со может принимать три электрона для создания заполненной 3d10 конфигурации. Поэтому энергетический уровень соответствующего отрицательного иона Со 3- сравнивают с энергетическим уровнем Si4(т.е. 3 р 23 р 6). Поскольку энергетический уровень на уровне 3 р значительно ниже, чем на уровне 3d, Со 3- не может работать в Fe - Si - Н системе как акцептор. 3d7 Со может отдавать два электрона для создания полузаполненной 3d5 конфигурации. Поэтому энергию ионизации соответствующего положительного иона Со 2+ сравнивают с энергией ионизации Fe+. Поскольку энергия ионизации Со 2+ значительно больше энергии ионизации Fe+, Со 2+ не работает в Fe - Si - Н системе как донор. Соответственно Со может быть включен вFe - Si сплав изобретения в качестве легирующего элемента без препятствия необходимомуFe - Si взаимодействию (неинтерактивный элемент в отношении Fe - Si). 3. Ti может быть добавлен для обеспечения мелкозернистой структуры, повышения твердости, прокаливаемости и/или предела прочности стали на растяжение. Ti имеет электронную конфигурацию внешней оболочки 3d2. 3d2Ti может принимать электроны для создания полузаполненной 3d5 конфигурации. Поэтому энергетический уровень соответствующего отрицательного иона Ti3- сравнивают с энергетическим уровнем Si4- (т.е. 3 р 23 р 6). Поскольку энергетический уровень на уровне 3 р значительно ниже, чем на уровне 3d, Ti не работает в Fe - Si - Н системе как акцептор. 3d2Ti может отдавать два электрона для создания свободной 3d0 электронной конфигурации. Поэтому энергию ионизации соответствующего положительного иона Ti2+ сравнивают с энергией ионизации Fe+. В этом случае энергия ионизацииTi2+ значительно больше энергии ионизации Fe+. Поэтому Ti не работает в Fe - Si -Н системе как донор электронов. 10 Соответственно Ti может быть включен вFe - Si сплав изобретения в качестве легирующего элемента без препятствия необходимомуFe - Si взаимодействию (неинтерактивный элемент в отношении Fe - Si). В другом аспекте изобретения заявители определили, что большинство легирующих элементов с концентрацией, менее или равной 0,10 вес.%, практически не оказывает влияние на квазиустойчивость заявленной Fe - Si - Н системы (т.е. они неинтерактивны в отношении Fe Si) при условии, что указанные концентрации таких элементов создают непрерывный ряд твердых растворов с железом. Иными словами,при введении легирующих элементов при указанных концентрациях большинство потенциальных легирующих элементов не препятствует необходимому взаимодействию Fe - Si и поэтому они могут быть включены в качестве легирующего элемента для получения сплава, характеризующегося повышенным сопротивлением водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением, а также другими желательными механическими свойствами. Легирующие элементы, которые могут быть включены при концентрации менее 0,10 вес.%,перечислены, но без неизбежного ограничения,в табл. 3. Таблица 3. Легирующие элементы для Fe-Si-H системы при концентрациях менее или равных около 0,10 вес.% Элемент Следует отметить, что несколько из вышеперечисленных элементов могут быть введены также при концентрации выше 0,10 вес.%. Ниже представлены примеры составов сплава в соответствии с изобретением. Данные примеры или варианты изобретения представлены только с целью примеров и они не могут служить для ограничения изобретения. Кроме того, концентрации различных указанных элементов подсчитаны приблизительно и/или указаны в предпочтительных количествах; после прочтения описания и рассмотрения представ 11 ленных фиг. 1, 2 для специалистов в данной области являются очевидными изменения в составах, включающие различные концентрации данных элементов. Пример первого варианта После вышеописанного синтеза получают первый вариант заявленного сплава, который является в особенности подходящим для множества применений, включающих стальные листы и трубчатые изделия. Заявленный сплав имеет следующий состав. Таблица 4. Состав заявленного Fe-Si сплава Элемент Углерод, С Кремний, Si Ванадий, V Алюминий, Аl Редкоземельные металлы, РЗМ Марганец, Мn Азот, N Сера, S Фосфор, Р Железо, Fe + неизбежные примеси Следует отметить, что ни один из элементов сплава, иных чем Fe, Si и С, не включен при концентрациях более 0,10 вес.%. Для оценки критерия, используемого для выбора легирующих элементов вышеописанного сплава, брали образцы сплава и испытывали их для определения устойчивости Fe - Si - Н системы. Полученный сплав расплавляли и прокатывали в промышленных условиях. Для выбора оптимального режима термообработки осуществляли дилатометрический анализ сплава, который показал,что - превращение происходит довольно медленно и без различимой точки превращения в температурном диапазоне 923-943 С. Затем образцы закаливали при температурах 1000,1050 и 1150 С с последующим отпуском при температурах 500 и 600 С. Металлографический анализ показал, что полученный сплав имеет мелкозернистую структуру и твердость от около 21 до 22,3 RC. В табл. 5 представлены механические свойства заявленного сплава при пяти различных режимах термообработки. Таблица 5. Механические свойства заявленного Fe-Si сплава Режим термоМеханические свойства обработки Закал- ОтПредел Предел УменьУдка, С пуск, прочтекучешение линеС ности, сти, МПА площади ние,МПА попереч- % ного сечения, % 1000 500 833 728 41,9 12,0 1000 600 755 600 44,4 14,1 1050 500 846 742 40,0 12,3 1050 600 750 593 43,0 14,5 1150 600 786 660 41,5 11,0 Образцы (термообработанные при 5 режимах) также испытывали на сульфидное растрескивание под напряжением в соответствии со стандартным методом NACE MR 0175-84. Каждый из образцов проходил основное испытание и при этом не разрушался. Кроме того, образцы испытывали в той же самой среде на общую коррозию, которую осуществляли достаточно тщательно, после чего полагали, что сплав является коррозионностойким. Затем с целью сравнения свойств двух сталей испытывали образцы углеродистой стали 1020 и изделия из заявленного сплава. В частности, испытывали на проницаемость водорода цилиндрические образцы с толщиной стенок 1 мм. Наводороживание осуществляли в течение 1 ч с использованием электролитического способа в 1N растворе Н 2SO4, содержащем 0,5% Аs2O3. Результаты (смотри табл. 7) показывают, что при плотности тока более 1000 А/м 2 образцы стали 1020 поглощают водород до такой степени, что они практически разрушаются. С другой стороны, было найдено, что заявленный сплав имеет проницаемость для водорода, в десять раз меньшую проницаемости для водорода стали 1020. Кроме того, подвергали наводороживанию при таком же режиме образцы в форме дисков диаметром 20 мм и толщиной 1,25 мм и осматривали их поверхности. Такие особенные цилиндры выбирали вследствие того, что повреждение металла из-за водородного охрупчивания обычно начинается с поверхности. Было найдено, что на поверхности дисков из стали 1020 происходило образование водородной пузырчатости при плотности тока 350 А/м 2. Было также найдено, что при плотности тока 500 А/м 2 имеется значительно большее количество пузырей,а при плотности тока 1000 А/м 2 почти вся поверхность дисков из стали 1020 была покрыта большими водородными пузырями. Таким образом, сталь 1020 была практически разрушена. С другой стороны, поверхность дисков из заявленного сплава не имела каких-либо следов водородных пузырей даже при плотности тока 1700 А/м 2. Соответственно было показано, что заявленный сплав является водородостойким даже в условиях чрезвычайно интенсивного наводороживания. С использованием способа вторичной ионной эмиссии измеряли концентрацию водорода на подповерхностных слоях (на глубине примерно 0,01 мм) образцов стали 1020 и заявленного сплава, причем измерения осуществляли до и после выдержки образцов в 3% водном растворе NaCl, содержащем 0,5% кислоты, насыщенной H2S, в течение 300 ч. Результаты представлены в табл. 6 и они показывают,что абсорбция водорода заявленным сплавом в 65 раз меньше абсорбции водорода сталью 1020. Общепринятые единицы Полученный Наводорожен- Н = материал,ный материал, Н.с.-Н.р. Н.р. Н.с. Представленная в табл. 7 информация служит также для иллюстрации изобретения, и в ней показано сравнение измерений проницаемости водорода в образцы стали 1020 и образцы из заявленного сплава. Результаты показывают,что при плотности тока менее 1000 А/м 2 проницаемость водорода в заявленный сплав в 10 раз меньше проницаемости водорода в сталь 1020. Таблица 7. Проницаемость водорода при электролитическом наводороживании Плотность тока, А/м 2 5001000 10001700 Второй и третий варианты С применением принципов, использованных при получении вышеописанного варианта,заявители также разработали два альтернативных Fe - Si сплава. Составы этих сплавов описаны ниже. Таблица 8. Состав второго варианта заявленного Fe-Si сплава Элемент Углерод, С Кремний, Si Хром, Сr Никель, Ni Ванадий, V Алюминий, Аl Редкоземельные металлы,РЗМ Марганец, Мn Азот, N Сера, S Фосфор, Р Железо, Fe + неизбежные примеси Второй вариант в соответствии с вышеуказанным составом может быть использован после термообработки, состоящей из закалки и высокого отпуска. Полученный из сплава продукт является в особенности подходящим для производства труб, кожухов и т.д. Сплав предпочтительно закаливают при температуре от 1000 до 1050 С с последующим отпуском при температуре 500 и 600 С соответственно и при температуре от 1050 С с последующим отпуском при 600 С. После термообработки образцы данного второго варианта заявленного сплава испытыва 14 ли на сульфидное растрескивание под напряжением в соответствии с вышеприведенным методом. Все образцы второго варианта проходили основное испытание без повреждения. Было также найдено, что образцы имеют предел прочности при растяжении в диапазоне 862-940 МПа, предел текучести 720-825 МПа и твердость 21-24,5 RC. Кроме того, было найдено, что заявленный сплав имеет удлинение от 9,3 до 13,5% и уменьшение площади поперечного сечения от 38,1 до 43,4%. Третий вариант заявленного сплава имеет следующий химический состав. Таблица 9. Состав третьего варианта заявленного Fe-Si сплава Элемент Углерод, С Кремний, Si Хром, Сr Ванадий, V Алюминий, Аl Редкоземельные металлы,РЗМ Марганец, Мn Никель, Ni Азот, N Титан, Ti Медь, Сu Сера, S Фосфор, Р Железо, Fe + неизбежные примеси Третий вариант в соответствии с представленным выше составом является в особенности подходящим для прокатанных листов после нормализации. Брали образцы заявленного сплава третьего варианта и испытывали в соответствии с вышеописанными методами испытаний на сульфидное растрескивание под напряжением. Все образцы третьего варианта также проходили основное испытание без разрушения. После термообработки (нормализации) до 880 С определяли механические свойства изделия из сплава. Было найдено, что изделие из сплава имеет предел прочности при растяжении 620 МПа, предел текучести 415 МПа и твердость 16RC. Было также найдено, что образцы изделия из сплава имеют удлинение около 24% и уменьшение площади поперечного сечения около 46%. Квазиустойчивость Fe - Si - Н системы согласно изобретению, имеющей концентрацию кремния предпочтительно от около 1,3 до 1,7 вес.% (и более предпочтительно от около 1,4 до 1,6 вес.%) и ряд определенных легирующих элементов, выбранных в соответствии с вышеуказанным критерием и в условиях интенсивного наводороживания, обеспечивает возможность создания новых материалов из сплава (т.е. сталей), которые являются высокоустойчивыми к водородному охрупчиванию и которые имеют 15 необходимые или желательные соответствующие рабочие физические характеристики. Вышеприведенное описание представлено для целей иллюстрации и у заявителя нет намерений ограничить изобретение вариантами, раскрытыми в описании. Поэтому в область изобретения входят также варианты и модификации, согласующиеся с вышеприведенными положениями и знаниями специалиста в данной области. Описанные здесь варианты, кроме того, предназначены для иллюстрации наилучшего способа осуществления изобретения на практике и для того, чтобы другие специалисты в данной области смогли использовать изобретение в таких или других вариантах и с различными модификациями, необходимыми для конкретных применений или использований настоящего изобретения. Предполагается, что зависимые пункты будут истолкованы как пункты, включающие альтернативные варианты до такой степени, которая позволяется в предшествующем уровне в данной области. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Сплав на основе железокремнистого сплава, проявляющий в наводороживающей среде повышенное сопротивление водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением, содержащий от около 1,3 до 1,7 вес.% Si; по меньшей мере, один легирующий элемент, выбранный из группы, состоящей из Be, Mg, Al, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu,Zn, W, Mo, Ge, Se, Rb, Zr, Nb, Ru, Аg, Cd, La,Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Er, Re, Os, Pb, Bi, U, N и других РЗМ, причем, по меньшей мере, один легирующий элемент присутствует отдельно при концентрации до около 0,10 вес.%, остальное Fe и неизбежные примеси; при этом Fe является донорным элементом по отношению к Si и Si является акцепторным элементом по отношению к Fe. 2. Сплав по п.1, в котором концентрация Si составляет от около 1,4 до 1,6 вес.%. 3. Сплав по п.1, который при существенном воздействии наводороживающей среды способен образовать квазиустойчивую Fe - Si H систему, причем, по меньшей мере, один легирующий элемент имеет структуру атома такой конфигурации, чтобы присутствие в системе легирующего элемента не препятствовало электронной структуре системы. 4. Сплав по п.1, который при существенном воздействии наводороживающей среды способен образовать квазиустойчивую Fe - Si H систему, причем, по меньшей мере, один легирующий элемент имеет структуру атома такой конфигурации, чтобы легирующий элемент не был по отношению к Fe или Si в системе донорным или акцепторным элементом. 5. Сплав по п.1, который при существенном воздействии наводороживающей среды 16 способен образовать квазиустойчивую Fe - Si H систему и в котором, по меньшей мере, один легирующий элемент является неинтерактивным элементом в отношении Fe или Si. 6. Сплав по п.1, дополнительно содержащий от около 0,10 до около 0,25 вес.% С. 7. Сплав по п.1, в котором концентрация С составляет от около 0,18 до 0,23 вес.%. 8. Сплав по п.1, в котором, по меньшей мере, один легирующий элемент выбирают из группы, состоящей из Be, Mg, Al, Са, Ti, V, Cr,Mn, Co, Ni, Сu, Zn, W, Мо и РЗМ. 9. Сплав по п.8, дополнительно содержащий от около 0,07 до 0,12 вес.% V; от около 0,08 до 0,016 вес.% Al; от около 0,08 до 0,11 вес.% редкоземельных металлов; от около 0,06 до 0,09 вес.% Mn; до около 0,035 вес.% S; до около 0,035 вес.% Р; от около 0,01 до 0,03 вес.% N и от около 0,05 до 0,26 вес.% С. 10. Железокремнистый сплав, проявляющий в наводороживающей среде повышенное сопротивление водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением, при этом сплав содержит кремний в количестве от около 1,3 до 1,7 вес.%; остальное железо и неизбежные примеси, и сплав после существенного воздействия наводороживающей среды отличается квазиустойчивой Fe - Si - H системой, в которой Fe является донорным элементом по отношению к Si и Si является акцепторным элементом по отношению к Fe. 11. Сплав по п.10, дополнительно содержащий, по меньшей мере, один легирующий элемент, имеющий структуру атома такой конфигурации, чтобы легирующий элемент не являлся в системе донорным или акцепторным элементом по отношению к Fe или Si. 12. Сплав по п.11, в котором, по меньшей мере, один легирующий элемент имеет структуру атома такой конфигурации, чтобы присутствие легирующего элемента в системе не препятствовало электронной структуре Fe - Si - H системы, причем Fe является донорным элементом и Si является акцепторным элементом. 13. Сплав по п.11, в котором, по меньшей мере, один легирующий элемент является неинтерактивным в отношении Fe и Si. 14. Сплав по п.11, в котором концентрация, по меньшей мере, одного легирующего элемента в отдельности составляет до около 0,10 вес.% и его выбирают из группы, состоящей из Be, Мg, Al, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Сu,Zn, W, Мо и РЗМ. 15. Сплав по п.10, в котором концентрацияSi составляет от около 1,4 до 1,6 вес.%. 16. Сплав по п.10, дополнительно содержащий от 0,10 до 0,26 вес.% С. 17. Сплав по п.10, в котором концентрация С составляет от около 0,18 до 0,23 вес.%. 18. Сплав по п.10, дополнительно содержащий от около 0,07 до 1,20 вес.% V; от около 0,08 до 0,016 вес.% Al; от около 0,08 до 0,11 17 вес.% редкоземельных металлов; от около 0,60 до 0,90 вес.% Mn; до около 0,035 вес.% S; до около 0,035 вес.% Р и от около 0,01 до 0,03 вес.% N. 19. Сплав по п.10, дополнительно содержащий от около 0,10 до 0,18 вес.% Cr; и от около 0,015 до 0,020 вес.% Ni. 20. Сплав на основе железокремнистого сплава, проявляющий в наводороживающей среде повышенное сопротивление водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением, где Н действует в квазиустойчивой Fe - Si - Н системе как катализатор,при этом сплав содержит от около 1,3 до 1,7 вес.% Si; до около 0,25 вес.% С; от около 0,07 до 1,2 вес.% V; от около 0,09 до 0,16 вес.% Al; от около 0,07 до 0,11 вес.% РЗМ; от около 0,06 до 0,90 вес.% Mn; до около 0,035 вес.% S; до около 0,035 вес.% Р; от около 0,01 до около 0,03 вес.%Si составляет от около 1,4 до 1,6 вес.%. 22. Сплав по п.21, в котором концентрация С составляет от около 0,16 до 0,23 вес.%. 23. Сплав по п.22, в котором Fe является донорным элементом по отношению к Si и Si является акцепторным элементом по отношению к Fe. 24. Изделие из конструкционной стали, отличающееся повышенным сопротивлением водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением в интенсивной наводороживающей среде, образованное, по существу, из сплава, содержащего от около 1,3 до 1,7 вес.% кремния; до 0,25 вес.% углерода; по меньшей мере, один легирующий элемент, присутствующий в отдельности и выбранный из группы, состоящей из Be, Mg, Al, Са, Sc, Ti, V,Cr, Mn, Co, Ni, Cu, W, Mo, Zn, Ge, Se, Rb, Zr,Nb, Ru, Аg, Cd, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Er,Re, Os, Pb, Bi, U, N и других РЗМ, и остальное Fe и неизбежные примеси; где Н из наводороживающей среды действует в квазиустойчивойFe - Si - Н системе как катализатор. 25. Изделие из стали по п.24, у которого сплав имеет от около 1,38 до около 1.63 вес.%Si. 26. Изделие из стали по п.24, у которого сплав имеет от около 0,16 до около 0,24 вес.% С. 27. Изделие из стали по п.24, в котором сплав содержит от около 0,07 до около 0,12 вес.% V, от около 0,09 до 0,16 вес.% Al, от около 0,07 до 0,11 вес.% РЗМ, от около 0,06 до 0,13 вес.% Mn, до около 0,035 вес.% Р, до около 0,035 вес.% S, от около 0,01 до 0,03 вес.% N и до около 0,19 вес.% Ni. 28. Изделие из стали по п.24, в которой, по меньшей мере, один легирующий элемент выбирают из группы, состоящей из Be, Mg, Al, Ca,Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Сu, Zn, W, Мо и РЗМ. 18 29. Изделие из стали по п.24, в котором сплав представляет собой термообработанный сплав. 30. Сплав на основе железокремнистого сплава, проявляющий в наводороживающей среде повышенное сопротивление водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением, причем сплав, по существу,подвергается воздействию наводороживающей среды и содержит от около 1,3 до 1,7 вес.% Si,причем Si взаимодействует с Fe и Н с образованием квазиустойчивой Fe - Si - Н системы, в которой Si является акцепторным элементом по отношению к Fe, Fe является донорным элементом по отношению к Si и Н является катализатором; от около 0,10 до 0,25 вес.% С; по меньшей мере, один неинтерактивный по отношению к Fe - Si легирующий элемент, причем неинтерактивный в отношении Fe - Si легирующий элемент характеризуется структурой атома такой конфигурации, чтобы легирующий элемент не был в указанной Fe - Si - Н системе донорным или акцепторным элементом по отношению к Fe или Si, остальное - Fe и неизбежные примеси. 31. Сплав по п.30, у которого, по меньшей мере, один неинтерактивный в отношении Fe Si легирующий элемент имеет структуру атома такой конфигурации, чтобы присутствие в системе Fe - Si - Н сплава легирующего элемента не препятствовало электронной структуре Fe - Si Н, причем Fe является донорным элементом и Si является акцепторным элементом. 32. Сплав по п.30, у которого концентрация, по меньшей мере, одного неинтерактивного в отношении Fe - Si легирующего элемента составляет до около 0,10 вес.% и его выбирают из группы, состоящей из Be, Mg, Al, Ca, Sc, Ti, V,Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, W, Мо и РЗМ. 33. Сплав по п.30, у которого концентрация Si составляет от около 1,4 до 1,6 вес.%. 34. Сплав по п.30, у которого концентрация С составляет от около 0,18 до 0,23 вес.%. 35. Сплав по п.1, который при существенном воздействии наводороживающей среды способен образовать квазиустойчивую Fe - Si H систему. 36. Сплав по п.1, дополнительно содержащий от около 0,05 до 0,26 вес.% С. 37. Способ выбора компонентов сплава на основе железокремнистого сплава, который в наводороживающей среде проявляет повышенное сопротивление водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением, в котором применяют Si с концентрацией от 1,3 до 1,7 вес.%; по меньшей мере, один легирующий элемент, имеющий структуру атома такой конфигурации, чтобы сплав в наводороживающей среде мог образовать квазиустойчивую Fe - Si - H систему, где Fe является донорным элементом по отношению к Si и Si является акцепторным элементом по отношению к Fe; легирующий элемент является неинтерактивным по отношению к Fe и Si; остальное - Fe и неизбежные примеси в качестве остальных компонентов сплава. 38. Способ выбора компонентов сплава на основе железокремнистого сплава, который в наводороживающей среде проявляет высокое сопротивление водородному охрупчиванию и сульфидному растрескиванию под напряжением, в котором применяют Si с концентрацией от 1,4 до 1,6 вес.% и С с концентрацией до около 0,26 вес.%; один или несколько легирующих 20 элементов из группы, состоящей из Be, Мg, Аl,Са, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, W, Mo и РЗМ, при этом каждый из легирующих элементов выбирают таким образом, чтобы сплав в наводороживающей среде мог образовать квазиустойчивую Fe - Si - H систему, где Fe является донорным элементом по отношению к Si и Si является акцепторным по отношению к Fe и каждый из легирующих элементов является неинтерактивным в системе по отношению к Fe и