<<
>>

Разупрочнение

Как правило, это явление происходит при повышенных температурах эксплуатации конструкций и особенно интенсивно в условиях ползучести. Практическое значение разупрочнения на безопасность конструкции более всего заметно в теплоэнергетике.

Типичная картина изменения механических свойств стали в условиях ползучести приведена в табл. 4.1 [65].

Таблица 4.1. Изменение механических свойств стали 12Х1МФ с увеличением длительности эксплуатации паропроводных труб при 20°С (числитель) и 540°С (знаменатель)

т*, тыс. ч

а0 2, МПа

ов, МПа

Чgt;,%

65gt;%

0

296/266

495/450

75/75

29,0/29,4

56

284/216

474/413

75/75

29,2/29,1

125

286/228

473/411

75/74

27,3/29,0

156

260/226

468/400

75/76

27,3/29,7

*Наработка.

Испытывали образцы, вырезанные в поперечном направлении из прямых участков однотипных паропроводных труб (диаметр 275 мм, толщина стенки 25 мм) [65]. Как видно из табл. 4.1, стандартные прочностные характеристики (о0 2, ов) стали 12Х1МФ заметно изменяются как при комнатной, так и при повышенной температурах. Пластические характеристики (65, Ф) при этом практически не изменяются.

По данным В.Ф. Резинских явление разупрочнения наблюдается в роторных сталях 20ХЗМВФ и 25Х1М1Ф, эксплуатируемых длительное время при повышенных (520-565 °С) температурах эксплуатации. Прочность при кратковременном разрыве и твердость сталей в первый период работы 120-30 тыс.

ч снижается на 0-20% (рис. 4.2). При этом по наблюдениям на просвет наблюдается незначительное уменьшение плотности свободных дислокаций в теле субзерен и коагуляция более крупных частиц карбидов.

Рис. 4.2. Изменение условного предела текучести роторных сталей в процессе длительной эксплуатации и искусственного старения

Наиболее интенсивное разупрочнение сталей 25Х1М1Ф и 20ХЗМВФ выявляется при параметре Р = 19,6-20,5 (см. рис. 4.2) вследствие роста размеров субзерен полигональной структуры и уменьшения плотности свободных дислокаций на порядок. Развивается также рекристаллизация, приводящая к аномальному росту зерен до ^0,5 мм [66]. Выражение для параметра Р:

Р=103Т (\gx-2\gT + a),

где Т - абсолютная температура испытания, К; т - длительность выдержки при температуре Т, ч; а - постоянная, принимаемая для низ- ко- и среднелегированных сталей равной 25.

К моменту, характеризуемому Р = 20,5, значения твердости и прочности при кратковременном разрыве составляют менее 50% от исходных. При этом долговечность образцов, испытанных на длительную прочность, снижается на несколько порядков (рис. 4.3). Следствия недо-

Рис. 4.3. Долговечность образцов (тр) из стали Р2МА, испытанных при 550 °С и напряжениях 100, 160 и 200 МПа, в зависимости от длительности (тэ) эксплуатации (1) и изотермических выдержек (2)

пустимого снижения прочности роторной стали в результате структурных и фазовых превращений - ослабление мест крепления лопаток на ободе, искривление ротора, выбор зазоров в проточной части турбины.

Диагностируется недопустимое разупрочнение металла с помощью неразрушающих методов исследования микроструктуры и измерения твердости стали. Твердость металла измеряется с помощью переносных твердомеров на скобе.

Для исследования микроструктуры можно использовать метод реплик, снятых со шлифа, или переносной микроскоп. Микроструктура металла в пределах безопасных периодов структурных превращений должна представлять отпущенный бейнит, структурно свободный феррит и карбиды без признаков протекания рекристаллизации. Степень сфероидизации бейнита не должна превышать для всех сталей балла 3 по ОСТ 34-70-690-96.

Обсуждая возможность диагностирования технического состояния по данным о разупрочнении металла ротора, следует проявлять

осторожность при интерпретации результатов твердометрии. Использовать этот метод особенно трудно на ранних этапах эксплуатации ротора, поскольку максимальное изменение твердости происходит в конце срока его службы. Например, при исследовании высокотемпературного ротора из хроммолибденванадиевой стали, снятого с эксплуатации после наработки 114000 ч, не было заметно значительных изменений в твердости в зонах, наиболее подверженных воздействию ползучести [67].

Таблица 4.2. Допустимые значения твердости основного металла, сварных швов и зон термического влияния

Сталь

Допустимая твердость металла, НВ

основного*

шва и зоны термического влияния,^

Ст2, СтЗ, 10, 15, 20, 15К, 16К

120-160

180

18К

120-160

190

20К, 22К

130-190

200

09Г2С, 16ГС

120-180

225

10Г2

120-190

225

10Г2С1

130-190

225

12МХ

140-180

240

12ХМ

140-170

240

15ХМ

140-200

240

12Х1МФ, 15Х5М

130-170

240

20ЮЧ

140-190

220

15Х5МУ

170-235

270

08Х18Н10ТД2Х18Н10Т,

10Х17Н13М2ТД0Х17Н13МЗТ

150-180

200

Примечания: 1. По заключению специализированной организации в отдельных случаях сосуд (аппарат) может быть допущен к эксплуатации при твердости металла, отличающейся от приведенных значений;

2. Твердость коррозионного и переходного слоев в швах сварных соединений из Двухслойной стали должна быть НВ lt; 220.

* Отклонения указанных пределов не должны превышать +20 и -10 ед.НВ.

При диагностировании технического состояния оборудования и аппаратов иногда приводятся допустимые значения твердости металла, сварных швов и зон термического влияния по маркам сталей. Например, такие сведения представлены в ИТНЭ-93 [68] для сосудов,

работающих под давлением, на которые не распространяются правила Госгортехнадзора [68] (табл. 4.2). Элементы сосудов и аппаратов, определяющие их прочность, должны отбраковываться, если твердость основного металла и сварных швов выходит за нормативные значения.

Поскольку по замерам твердости определяются пределы прочности (ГОСТ 22761) и текучести (ГОСТ 22762), то ограничение значений твердости имеет вполне определенный смысл. Ограничение твердости основного металла снизу гарантирует для каждой марки стали расчетное значение прочностных характеристик стали и соответственно прочность силовых элементов конструкции. Ограничение твердости основного металла и сварного шва сверху снижает вероятность трещи- нообразования и хрупкого разрушения. Для сварного шва ограничение его уровня твердости имеет целью снижение склонности металла к образованию трещин и уровня остаточных сварочных напряжений.

В нормативно-технической литературе не всегда четко прописаны условия, при которых назначаются работы по определению твердости металла. Так, в упомянутом выше ИТНЭ-93 замеры твердости металла с наружной или внутренней поверхности назначаются при обнаружении на корпусе сосуда (аппарата) выпучин, вмятин или гофр. Следует расширить область применения твердометрии. Ее обязательно следует назначать во всех случаях появления микротрещин и трещин, возможности азотирования, науглероживания и обезуглероживания слоев металла, а также после случайного и/или стационарного перегрева отдельных зон элементов конструкции.

Разупрочнение низколегированных сталей, используемых в футерованных конструкциях, - достаточно широко распространенное явление. Разгар и износ футеровки вызывает повышение температуры кожуха доменных печей, воздухонагревателей, корпусов кислородных конвертеров и т.д. Следует иметь в виду общее правило: чем выше предел текучести стали, тем большая степень разупрочнения возможна при ее перегреве в процессе эксплуатации.

Явление разупрочнения представляет большую опасность для дисперсионно-упрочняемых сплавов в условиях усталости (см. п. 5.2). 

<< | >>
Источник: Горицкий В.М. Диагностика металлов. 2004

Еще по теме Разупрочнение:

  1. О ВОЗМОЖНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ЭВОЛЮЦИИ СИСТЕМ Л.А. Сосновский
  2. Виды предельных состояний
  3. Деградация механических свойств конструкционных деталей
  4. Разупрочнение
  5. Эксплуатационное деформационное старение
  6. Совместное действие нескольких факторов охрупчивания
  7. 4.5. Диагностическая карта опознания вида хрупкости
  8. Малоцикловая усталость
  9. Малоцикловая усталость при повышенных температурах
  10. Стресс-коррозия
  11. Ползучесть
  12. Совместное действие нескольких механизмов зарождения и развития макродефектности
  13. ОТЖИГ
  14.               Повышение температуры при деформировании
  15. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКЕ