CS251460B1 - Method of further service life formation with parts made from stabilized austenitic steels - Google Patents

Description

251460

Vynález rieši tvorenie ďalšieho životnost-ného cyklu dielcov, vyrobených zo stabilizo-vaných austenitických ocelí s obsahom nik-lu 30—34 %. V aplikáciach ako ocele koróziivzdorné aako ocele žiarupevné sú tieto materiály vmnohých prípadoch vystavené kombinova-né] záťaži; príkladom toho sú nároky na o-cele žiarupevné odolávajúce korózii v ply-noch. Při exploatácii dielcov vyrobených ztýchto ocelí dochádza pri dlhodobe] pre-vádzke k postupnej degradácii ich užitnýchvlastností, pričom výrazné sú takéto změ-ny, najma v kritickej oblasti teplQt a pre-biehajúce deje sa manifestujú mnohýmivonkajšími prejavmi. Ocele sú v kritickejoblasti vystavené i tepelným rázom, tiežvšak nízkocyklovému namáhaniu striedanímpracovných behov, často i vygokocyklovémunamáhaniu.

Osilie o úsporné využitie austenitickýchocelí je zamerané dvomi cestami; jednou sauberá snaha o predíženie životnosti, napří-klad podlá čs. AO č. 209 625. Druhá cestamá za cie! obncvu úžitných vlastností, kderiešenia sa musia zameriavať užšími hfadis-kami podl'a typových skupin austenitickýchocelí; tu vystupuje do popredia kritériumobsahu niklu, prvku podmieňujúceho stabi-litu plošné stredenej mriežky, přitom třebamať na zřeteli i jeho sčasti protikladné pre-javy v súbore látkových vlastností austeni-tických materiálov. Ukážkou toho je dobráobnova mechanických vlastností niklovýchzliatín postupom tepelného spracovania, kto-rú metodu aplikovali v Sp. st. ani. na lopat-ky plynových turbín; avšak ohladne korózieW. J. Mc Call (Combustion, April 1971, s.27—33) konstatuje v článku o metóde, že vprípadoch výskytu korózie, i keď zriedka-vých, sú jej účinky na niklovú zliatinu niči-vé. Údaje v článku ukazujú, že obnova me-chanických vlastností nie je úplná, a pretooznačenie regenerácia nie je v práci použi-té. Postup aplikuje v prvom stupni teplotu1150 °C.

Vzhladom na čiastočne nevratné změny vdegradovanej oceli javí sa pre tepelné spra-covanie ako vhodný termín reštitúcia. Ná-ročnost reštitučných procesov je daná tým,že za niekolko hodin sa má odstranit maxi-mum zmien, ktoré sa v oceli vytvárali nie-kolko rokov, pričom u stabilizovaných ocelípriebeh diskrétnych zmien móže vykazovatštádiá s kladným alebo záporným prejavomna úžitné vlastnosti. Tak zistil V. D. Levin(Issled. po kor. met., 1951, s. 167—168), žeje možné vyvolat medzikryštálovú. koróziui u oceli stabilizovanej titánom, ak sa vyží-ha najprv pri 1 300 °C, schladí vodou a po-tom žíhá v kritickej oblasti. Paradoxně ktomu však ocel i s viditelnými karbidovýmisegregátmi už nepodlieha medzikryštálovejkorózii, ak sa v kritickej oblasti žíhá velmidlbo, například pri 650 °C po dobu 104 h.Ako vysvetlenie sa předpokládá difúzne vy-rovnáme poklesu chrómu na rozhraní zřn, ako aj odstránenie pnutí na tomto rozhraní.

Avšak v kritickej oblasti prebiehajú v diel-coch zo stabilizovaných ocelí tiež deje, kto-ré sa možu prejaviť až po době desaťkrátváčšej, než je uvedených 104 h. Názornýmpríkladom je případ systému radiačnej sek-cie pece dealkylačnej jednotky, kde kon-štrukčným materiálom je stabilizovaná ocels 21% chrómu a 32% niklu. V tomto po-trubnom systéme sa zohrieva predchádza-júce médium, o molárnom zložení: vodík42%, metán 38%, toluén 16%, zvyšok al-kánické plyny, z teploty 490 na 600 CC, pritlaku na vstupe 6,1 MPa. Teplota v radiač-nej sekcii sa pohybuje v oblasti 680—700' C.Potrubný systém mal odpracované za tých-to podmienok 9.104 h, keď pri kontrole sana ňom zistili poškodenia kolien trhlinamiv oblasti zvarov a na výstupnom kolektorepece v miestach napojenia výstupných rúr.Pokusy o opravu zváraním neboli úspěšné;trhliny sa přitom zvačšovali a tvořili siefo-vinu. Takouto degradáciou látkových vlast-ností bol materiál určený na vyradenie,keďže stratil životnost úplné; vo váčšine prí-padov však sa tieto materiály vyraďujú eštepřed skončením očakávanej životnosti, a toz bezpečnostnýclr dovodov.

To, že doteraz nebol k dispozici! postuppre reštitúciu takéhoto typu austenitickejocele, je sčasti možné vysvětlit' s prihliad-nutím k skladbě předmětného materiálu,ktorá je v % hmot. uhlík 0,1; křemík 1,0;mangán 1,5; fosfor 0,03; síra 0,02; chróm21; nikel 32; hliník 0,6; titán 0.6. Obsahomniklu materiál spadá do oblasti, kde pří-slušná hodnota energie vrstevnej chyby u-kazuje na sklon austenitickej ocele k pras-kavosti za tepla vo zvarových spojoch; ta-kúto citlivost nemá běžná austenitická ocel's obsahom chrómu 18 % a niklu 9 %. I zhfadiska medzikryštálovej korózie leží hod-nota 32 % niklu práce v intervale ohrani-čenom zdola hodnotou 28 %, kde každézvýšenie obsahu niklu má podstatný vplyvna urýchlenie segregačných pochodov narozhraní zrn (L. R. Scharfstein a kol., Brit.Corrosion J., 1, 1965, s. 36—41). Avšak i fak-tor času osvětluje náročnost problematiky,keďže riešeníe sa v prvej aplikácii týká kon-štrukčného materiálu, sledovaného pri pra-covnom chodě v celkovom trvaní výše 10’h, z toho 2,5 .101 h po jeho reštitúcii. Roz-diely látkových vlastností, odlišujúce tutostabilizovanú ocel' jednak od niklových zlia-tin, jednak od uvedenej bežnej ocele, súďalej rozvedené poznatkami z riešenia. Účinky reštitučného postupu je potřebnéhodnotit so zretelom na hlavně apllkácie akoróziivzdorné konštrukčné materiály. V tomsmere potřebné vlastnosti závisia vo vel-kej miere od stavby hraníc zín týchto oce-lí, závisí na nich odpor proti plastickej de-formácii, relaxačně javy, korozně chovaníe,najma odolnost proti medzikryštálovej ko-rózii. 251460 5

Uvedené nedostatky na poli exploatáciestabilizovaných ocelí sa odstraňuje v smereich reštitúcie podl'a vynálezu, tj. sposoborntvorenia ďalšieho životnostného cyklu diel-cov vyrobených zo stabilizovaných causteni-tických ocelí. Postup je zameraný na typo-vá skupinu charakterizovaná podlá skladbyv % hmot.: uhlík max. 0,11 °/o, chróm 19až 23 %, nikel 30—34 %, hliník 0,15—0,6 %,titán 0,15—0, 6%, mangán 1,6 % max., kře-mík 1,0 % max. fosfor 0,03 % max. síra0,02 % max. Dielce sa najmenej v jednomstupni žíhajú a potom ochladzujú na teplo-tu okolia.

Sposob podlá vynálezu sa v prvom stupnivyznačuje tým, že dielce sa vyhrejú na tep-lotu v oblasti 1 060 °C — 1140 °C, na ktorejsa ponechajú po dobu 20 — 180 minút a po-tom sa ochladia na teplotu okolia vodou,zložité dielce v oleji alebo na vzduchu.Rýchlosť vyhrievania dielcov sa udržuje vrozmedzí 30 — 70 °C . h_1, t.j. ako pre vyso-kolegované ocele je obvyklé. Teplota vo vy-medzenej oblasti a výdrž na nej sa stanovíexperimentálně na vzorkách z posudzované-ho materiálu, tiež so zretefom na velkostzrna. V případe potřeby zvýšit odolnost stabili-zovanej ocele proti medzikryštálovej koróziisa dielce podlá vynálezu podrobia tepelné-mu spracovaniu v ďalšom stupni; druhýstupeň sa vyznačuje tým, že dielce sa vyhre-jú na teplotu v oblasti 850 — 950 °C, na kto-rej sa ponechajú po dobu 90—240 minút apotom sa ochladia na teplotu okolia, zložitédielce v oleji, připadne na vzduchu.

Druhý stupeň tepelného spracovania po-dlá vynálezu je možné v obdobnom uspo-riadaní robiť, prevažne pre ocele s pome-rom stabilizačného prvku k uhlíku pod 5 vpřípade titánu, pod 10 v případe niobu, i nanižšej teplotnej úrovni, a to v oblasti 760až 800 °C s výdržou na teplote 2—6 h.

Na uvedené žíhanie v teplotnej oblasti760—800 °C může naviazať ďalšie žíhanie,ktoré opať prispeje k zvýšeniu odolnosti sta-bilizovanej ocele proti medzikryštálovej ko-rózii, takže v tomto usporiadaní má druhýstupeň spracovania podlá vynálezu toto čle-nenie: dielce sa vyhrejú na teplotu v ob-lasti 760—800 °C, na ktorej sa ponechajú podobu 2—6 h, potom sa přerušením ohřevuochladia v peci na teplotu 630—670 °C a pritejto teplote sa žíhajú 2—4 h, nato sa opaťpřerušením ohřevu ich teplota znižuje apri 500°C sa dielce vyberú z pece a pone-chajú vonku na vzduchu ochladil na tep-lotu okolia.

Postupom podlá vynálezu sa po ukončeníživotnosti stabilizovanej ocele obnovuje jejzvaritelnosť, t.j. obnovený konštrukčný ma-teriál nie je náchylný na praskanie a jeopať zaručená kovová súvislosť so zvarom,takže zvarované miesta vykazujú potřebnécharakteristiky v pevnosti, húževnatosti, vodolnosti proti tečeniu, proti opálu a koró-zii, rovnako ako základný materiál. Obja- vuje sa, že po stránke reštitúcie zvaritelnostia žiarupevnosti stabilizovanej ocele, je zá-klad daný jednostupňovým tepelným spraco-vaním.

Viacstupňovým spracovaním sa pre sta-bilizovanú ocel' zvyšuje hodnota minimálnejindukčnej doby pre vznik náchylnosti kmedzikryštálovej korózii v kritickej oblastiteplot; po dvojstupňovom spracovaní pře-kročí tento ukazovatel hodnotu 10 h, pričompo aplikácii dvojúrovňového žíhania v dru-hom stupni překročí hodnotu 100 h.

Vedla uvedených výsledkov sa riešeniepodlá vynálezu odlišuje od spomenutých rie-šení pre niklové zliatiny i členěním stupňovtepelného spracovania; možnost realizovatreštitúcie v jedinom stupni prináša úsporynielen v energii, ale i v manipulácii s ma-teriálom, náročnej v případe velkých apa-rátov. Celkove je tu významná i úspora ča-sová a tomu ekvivalentně zmenšenie strátvo výrobnej jednotke, pre ktorň sa aparátyz týchto ocelí reštituujú.

Ako příklad konkrétného prevedenia po-stupu podlá vynálezu slúži spracovanie diel-cov z radiačnej sekcie pece dealkylačnejjednotky, tzn. materiál charakterizovaný po-dlá skladby v % hmot.: uhlík 0,1; křemík1,0; mangán 1,5; fosfor 0,03; síra 0,02; chróm21; nikel 32; hliník 0,6; titán 0,6. Zariade-nie o hmotnosti 16 150 kg je tvořené súbo-rom priamych rúr, kde každá má dížku10 970 mm, priemer 141 mm a hrůbku ste-ny 15,9 mm. Kumulovaným působením jed-notlivých mechanizmov poškodení došlo kuvzniku mikro a makrotrhlín na kolenách voblasti zvarov a v mieste napojenia rúr navýstupný kolektor; materiál stratil zvariteí-nosť, takže oprava nebola možná. Metalo-grafická analýza výbrusov a elektronomik-roskopická analýza na extrakčných repli-kách zistili intenzívnu precipitáciu karbi-dickej a intermediárnej fázy. Rozsahpoškodenia vylučoval ďalšiu exploatáciu za-riadenia, ale nevylučoval spracovanie kon-štrukčného materiálu podl'a vynálezu.

Podl'a experimentálně stanovených reži-mov sa realizovalo tepelné spracovanie.Vzhíadom k šírke celého systému bolo nut-né tento rozdeliť; deliace čiary sa viedlimiestami napojenia kolenovitej časti napriamu. Dielce sa vkládali do pece pri tep-,lote cca 320 °C, potom sa rýchlosť ohrieva-nia pohybovala okolo 50 °C. h_1; po dosiah-nutí predpísanej teploty 1100 °C nesledova-la výdrž 30 minút, potom ochladenie navzduchu. Po reštitúcii dielcov sa trhlinkyna nich opravili zváraním, dielce sa vložilido radiačnej sekcie a tam spojili zvarmi. Vobnovenom životnostnom cykle odpracovalkonštrukčný materiál už 3 roky a slúži bezzávad ďalej. V ďalšej časti příkladného prevedenia po-stupu sa vzorka ocele potrubného systému,vyžíhaná v uvedenom prvom stupni pri 1100stupňov Celsia s výdržou 30 minút, podrobí-

Claims (4)

1. 251460 7 la v druhom stupni žíhaniu pri 870 rC podobu 2 h a potom sa ochladila na vzduchu.V ukazovateli minimálně] indukčně] dobypře vznik náchylnosti k medzikryštálovejkorózii v kritické] oblasti sa prejavili uveděné žíhania takto: hodnota ukazovatela priprvom stupni nedosahovala 1 li, po druhompřekročila 10 h. V príkladnom převedení postupu so za-meraním na ocele s pomerom titánu k uhlí-ku pod 5 sa spracovali vzorky ocele, cha-rakterizované] podl'a hlavných přísad v °/ohmot.: uhlík 0,07; chróm 21,3; nikel 33,2;hliník 0,2; titán 0,3. Vzorky bolí odobraté zpotrubia, kterého pracovně chody v kritic-ké] oblasti presiahli 4.10'1 h, a to pri práciv radiačně] sekcii technologické] pece s tep-lotou okolo 680 °C a pri teplote prechádza-júceho uhlovodíkového média zhruba 515stupňov Celsia. V prvom stupni sa vzorkyocele žíhali 30 minut při teplote 1100 °C apotom ochladili na vzduchu. V druhom stup-ni sa urobilo žíhanie 150 minút pri teplote780 °C (po tomto žíhaní sa dve vzorky vy-brali z pece a ochladili na vzduchu], popoklese teploty pece ďalšie žíhanie pri 650stupňoch Celsia po dobu 3 h; po přerušeníohřevu a poklese teploty na 500 °C sa vzor- ky vybrali z pece a ochladili na vzduchu. Vukazovateli minimálně] doby pre vznik ná-chylnosti k medzikryštálovej korózii v kri-tickej oblasti vykázali takto spracovanévzorky nasledujúce hodnoty: po jednostup-ňovom vyžíhaní hodnotu menšiu než 1 h,po vyžíhaní pri 780 °C hodnota překročila10 h, po vyžíhaní pri 650 °C překročila 100hodin. Pri výbere dielcov pre aplikáciu tohotoreštitučného postupu je obmedzujúcou pod-mienkou to, že reštituované možu byť takédielce, v ktorých pri prevádzkovom využitíešte nedošlo k vytvoreniu vnútorných dis-konuít v celom objeme a v ktorých poškode-nie creepovým mechanizmom nedospělo dotretieho štádia; pri výskyte kontaminované-ho povrchu dielca může byť nutné odstrániťpovrchová vrstvu, z ktore] by pri tepelnomspracovaní mohli difundovat nečistoty dohlbších vrstiev, ako uhlík, síra, dusík a pod. Postup podfa vynálezu je možné aplikovatv širokom uplatnění v priemysle chemickom,petrochemickom, hutníckom, potravinár-skom, farmaceutickom a v energetike s cie-lom reštitúcie aparátov z týchto vysokole-govaných ocelí. PREDMET

   1. Spósob tvorenia ďalšieho životnostnéhocyklu dielcov vyrobených zo stabilizovanýchaustenitických ocelí, obsahujúcich v hmot-nosti max. 0,11 % uhlíka, 19 až 23 % chró-mu, 30 až 34 % niklu, 0,15 až 0,6 % hliníka,0,15 až 0,6 % titánu, max. 1,6 % mangánu,max. 1,0 % kremíka, max. 0,03 % fosforu amax. 0,02 % síry, pričom dielce sa najmenejv jednom stupni žíhajú a potom ochladzujúna teplotu okolia, vyznačený tým, že dielcesa vyhrejú na teplotu 1 060 až 1140 °C, naktore] sa ponechajú po dobu 20 až 180 mi-nút a potom sa ochladia na teplotu okoliavodou, připadne v oleji alebo na vzduchu.
2. 2. Spósob tvorenia ďalšieho životnostnéhocyklu dielcov podl'a bodu 1, vyznačený tým,že v druhom stupni žíhania sa dielce vyhre-jú na teplotu 850 až 950 °C, na ktorej sa po-nechajú po dobu 90 až 240 minút a potom sa VYNÁLEZU ochladia na teplotu okolia vodou, připadnev oleji alebo na vzduchu.
3. 3. Sposob tvorenia ďalšieho životnostnéhocyklu dielcov podfa bodu 1, vyznačený tým,že v druhom stupni žíhania sa dielce vyhre-jú na teplotu 760 až 800 °C, na ktorej sa po-nechajú po dobu 2 až 6 hodin a potom saochladia na teplotu okolia vodou, připadnev oleji alebo na vzduchu.
4. 4. Sposob tvorenia ďalšieho životnostnéhocyklu dielcov podfa bodu 1, vyznačený tým,že v druhom stupni žíhania sa dielce vyhre-jú na teplotu 760 až 800 °C, na ktorej sa po-nechajú po dobu 2 až 6 hodin, potom přeru-šením ohřevu v peci sa ochladia na teplotu630 až 670 °C a pri tejto teplote sa žíhajú 2až 4 hodiny, nato sa ich teplota znižuje apri 500 °C sa dielce vyberú z pece a na vzdu-chu ochladia na teplotu okolia. Severografia, n. p., závod 7, Most Cena 2,40 Kčs