RU2559598C2 - Reconditioning of articles from low-carbon perlite steel after operation - Google Patents
Reconditioning of articles from low-carbon perlite steel after operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2559598C2 RU2559598C2 RU2013151406/02A RU2013151406A RU2559598C2 RU 2559598 C2 RU2559598 C2 RU 2559598C2 RU 2013151406/02 A RU2013151406/02 A RU 2013151406/02A RU 2013151406 A RU2013151406 A RU 2013151406A RU 2559598 C2 RU2559598 C2 RU 2559598C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tempering
- low
- heating
- steel
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии восстановления путем термической обработки изделий из низкоуглеродистых перлитных сталей, используемых в атомной энергетике после их длительной эксплуатации.The invention relates to a recovery technology by heat treatment of products from low-carbon pearlitic steels used in nuclear energy after their long-term operation.
Известно, что в условиях длительной эксплуатации в металле конструкций оборудования атомных электростанций (далее - АЭС), выполненных из низкоуглеродистых перлитных сталей, происходит ряд структурных превращений, а также развитие микропор по границам зерен, что приводит к снижению служебных свойств металла и его последующему разрушению.It is known that under conditions of long-term operation in the metal of equipment structures of nuclear power plants (hereinafter referred to as NPPs) made of low-carbon pearlitic steels, a number of structural transformations occur, as well as the development of micropores along grain boundaries, which leads to a decrease in the service properties of the metal and its subsequent destruction.
В связи с этим встает вопрос либо о необходимости замены, либо регенерации служебных свойств этих элементов, многие из которых к настоящему времени отработали расчетный срок службы.In this regard, the question arises of whether it is necessary to replace or regenerate the service properties of these elements, many of which have by now worked out the estimated service life.
Поэтому становится актуальной задача разработки способов восстановления структуры и свойств отработавшего металла, что позволило бы продлить сроки службы оборудования без дополнительных затрат металла.Therefore, it becomes urgent to develop ways to restore the structure and properties of the spent metal, which would extend the life of the equipment without additional metal costs.
На качество материалов оказывают влияние внутренние параметры (структура, химический состав, дефекты, остаточные напряжения) и внешние условия (температура, активность окружающей среды, давление).The quality of materials is influenced by internal parameters (structure, chemical composition, defects, residual stresses) and external conditions (temperature, environmental activity, pressure).
Поэтому, изменяя эти параметры и условия, можно управлять качеством материалов.Therefore, by changing these parameters and conditions, you can control the quality of materials.
Термическая (тепловая) обработка состоит в изменении структуры металлов и сплавов путем нагревания их и последующего охлаждения с той или иной скоростью; при этом достигаются существенные изменения свойств при том же химическом составе сплава.Thermal (heat) treatment consists in changing the structure of metals and alloys by heating them and then cooling them at a particular speed; in this case, significant changes in properties are achieved with the same chemical composition of the alloy.
Для изделий атомной энергетики, эксплуатируемых при температурах 350-450°C, основными факторами, приводящими к снижению механических свойств, являются тепловое и радиационное охрупчивание.For nuclear power products operated at temperatures of 350-450 ° C, the main factors leading to a decrease in mechanical properties are thermal and radiation embrittlement.
Известен способ восстановления свойств материала корпусов энергетических реакторов, включающий нагрев до температуры, превышающей температуру эксплуатации, выдержку в течение 1-10 часов и охлаждение (см. патент RU №2081187, G21D 1/78, 1997).A known method of restoring the properties of the material of the shells of power reactors, including heating to a temperature exceeding the operating temperature, holding for 1-10 hours and cooling (see patent RU No. 2081187, G21D 1/78, 1997).
Недостатком известного способа является то, что нагрев осуществляют при температуре, превышающей 500-580°C. При данной температуре происходит интенсивный процесс выделения карбидов, приводящий материал к охрупчиванию.The disadvantage of this method is that the heating is carried out at a temperature exceeding 500-580 ° C. At this temperature, an intensive process of carbide precipitation occurs, leading to embrittlement of the material.
Известен также способ восстановления физико-механических свойств металла корпуса реактора, включающий нагрев, выдержку в течение заданного времени и охлаждение воздухом (см. патент RU №2084544, G21D 1/78, 1997).There is also known a method of restoring the physico-mechanical properties of the metal of the reactor vessel, including heating, holding for a predetermined time and cooling with air (see patent RU No. 2084544, G21D 1/78, 1997).
Недостатками известного способа являются нагрев до температуры 460-990°C, а также сложность осуществления, связанная с последовательным локальным нагревом отдельных участков и возникновением вследствие этого нежелательных внутренних напряжений.The disadvantages of this method are heating to a temperature of 460-990 ° C, as well as the complexity of the implementation associated with sequential local heating of individual sections and the occurrence of undesirable internal stresses.
В подогревателях высокого давления, коллекторах и трубопроводах влияние радиационного фактора незначительно, основное воздействие на снижение вязкопластических свойств (далее - хладостойкости) перлитных сталей дает тепловое охрупчивание из-за выделений карбидов цементитного типа.In high-pressure heaters, collectors and pipelines, the influence of the radiation factor is insignificant, the main effect on the decrease in the viscoplastic properties (hereinafter referred to as cold resistance) of pearlitic steels is given by thermal embrittlement due to the precipitation of cementite type carbides.
Известен способ восстановительной термической обработки полых деталей паропроводов из перлитных сталей и их сварных стыков, включающий циклический нагрев и охлаждение ниже точки перлитного превращения (см. патент RU №2074897, G21D 9/08, G21D 1/68, 1997).A known method of heat recovery treatment of hollow parts of steam lines from pearlitic steels and their welded joints, including cyclic heating and cooling below the pearlite transformation point (see patent RU No. 2074897, G21D 9/08, G21D 1/68, 1997).
Недостатком известного способа является нагрев при температуре 1000°С с выделением карбидов, приводящий материал к охрупчиванию.The disadvantage of this method is heating at a temperature of 1000 ° C with the release of carbides, leading to embrittlement of the material.
Известен способ термической обработки изделий из низкоуглеродистых перлитных сталей, включающий проведение последующего высокого отпуска с быстрым охлаждением в воде (см. Завьялов А.С.«Отпускная и тепловая хрупкость и ее влияние на надежность изделий из конструкционных сталей», Ленинград, ЛДНТП, 1971, стр. 36).A known method of heat treatment of products from low-carbon pearlitic steels, including subsequent high tempering with rapid cooling in water (see A. Zavyalov, “Tempering and thermal fragility and its effect on the reliability of products from structural steels”, Leningrad, LDNTP, 1971, p. 36).
Данный способ позволяет восстанавливать хладостойкость перлитных сталей после их длительной эксплуатации.This method allows to restore the cold resistance of pearlitic steels after their long-term operation.
Недостатком известного способа является получение невысоких значений хладостойкости, а также повышенное коробление и окисляемость материала.The disadvantage of this method is to obtain low values of cold resistance, as well as increased warpage and oxidizability of the material.
Известен также способ восстановления хладостойкости низкоуглеродистой перлитной стали, включающий нагрев, выдержку и охлаждение (см. Минц И.И., Ходыкина Л.Е. «Влияние восстановительной термической обработки на структуру и служебные свойства металлов паропроводов», Москва, журнал «Металловедение и термическая обработка», №2, 2009, стр. 40-43).There is also a known method for restoring the cold resistance of low-carbon pearlitic steel, including heating, aging, and cooling (see Mints II, Khodykina L.E. “The Effect of Restorative Heat Treatment on the Structure and Service Properties of Steam Pipe Metals”, Moscow, Journal of Metal Science and Thermal processing ”, No. 2, 2009, pp. 40-43).
Данный способ позволяет уменьшить размеры карбидных фаз, устранить пористость металла изделий, длительно эксплуатируемых (сотни тысяч часов) при температуре до 550°C.This method allows to reduce the size of the carbide phases, to eliminate the porosity of the metal products, long-term operation (hundreds of thousands of hours) at temperatures up to 550 ° C.
Недостатком известного способа является окисляемость материала и повышенное коробление.The disadvantage of this method is the oxidizability of the material and increased warpage.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ восстановления изделий из низкоуглеродистой перлитной стали после эксплуатации, включающий отпуск путем нагрева, выдержки и охлаждения (см. патент RU №2396361, G21D 1/78, В23Р 6/02, 2010).The closest in technical essence to the claimed solution is a method of restoring products from low-carbon pearlitic steel after operation, including tempering by heating, holding and cooling (see patent RU No. 2396361, G21D 1/78, ВРР 6/02, 2010).
Недостатком известного способа является то, что при выдержке в течение 100-150 часов может иметь место выделение хрупких карбидов.The disadvantage of this method is that during exposure for 100-150 hours may be the allocation of brittle carbides.
Заявляемый способ решает задачу по восстановлению хладостойкости перлитных сталей энергетического оборудования и трубопроводов АЭС, ТЭЦ после их длительной эксплуатации при температуре от 150 до 350°C.The inventive method solves the problem of restoring the cold resistance of pearlitic steels of power equipment and pipelines of nuclear power plants, thermal power plants after their long-term operation at temperatures from 150 to 350 ° C.
Технический результат заявляемого решения заключается в повышении значений хладостойкости перлитных сталей энергетического оборудования и трубопроводов АЭС в сочетании со снижением коробления и окисляемости восстановленного материала.The technical result of the proposed solution is to increase the cold resistance values of pearlitic steels of power equipment and pipelines of nuclear power plants in combination with a decrease in warpage and oxidizability of the reduced material.
Для достижения указанного технического результата в способе восстановления изделий из низкоуглеродистой перлитной стали после эксплуатации, включающем оптуск путем нагрева, выдержки и охлаждения, согласно изобретению, нагрев под отпуск осуществляют до температуры 450±10°C с выдержкой от 3 до 7 часов и охлаждением на воздухе, при этом нагрев в диапазоне температур от 100 до 450°C ведут со скоростью до 50°C/час.To achieve the specified technical result in the method of recovering products from low-carbon pearlitic steel after operation, including optic by heating, holding and cooling, according to the invention, heating under tempering is carried out to a temperature of 450 ± 10 ° C with holding for 3 to 7 hours and cooling in air while heating in the temperature range from 100 to 450 ° C is carried out at a rate of up to 50 ° C / hour.
Исследованиями установлено, что при длительной эксплуатации изделий из перлитных сталей в диапазоне температур от 150 до 350°C, подвергшихся закалке и высокому отпуску, вследствие пресыщения ферритной фазы по углероду происходит первоначально возникновение предвыделений, а затем и выделение мелких карбидов цементитного типа, приводящих к охрупчиванию стали.Studies have established that during long-term operation of pearlitic steel products in the temperature range from 150 to 350 ° C, subjected to hardening and high tempering, due to the saturation of the ferrite phase with carbon, pre-precipitations initially occur, and then the formation of small cementite-type carbides leads to embrittlement become.
При этом за счет различия в параметрах решетки возникают напряжения 2-го рода на границе карбид-матрица. Это облегчает зарождение и распространение трещин при динамическом (ударном) нагружении.In this case, due to the difference in the lattice parameters, second-order stresses arise at the carbide-matrix interface. This facilitates the nucleation and propagation of cracks under dynamic (impact) loading.
Восстановление хладостойкости стали после длительной эксплуатации в диапазоне температур от 150 до 350°С возможно благодаря проведению восстановительного отпуска при температуре 450±10°С с выдержкой от 3 до 7 часов с последующим охлаждением на воздухе. Существенное отличие от уровня техники обусловлено сочетанием пониженной температуры восстановительного отпуска и низкой скорости нагрева изделия перед восстановительным отпуском.The restoration of cold resistance of steel after long-term operation in the temperature range from 150 to 350 ° C is possible due to reductive tempering at a temperature of 450 ± 10 ° C with a holding time of 3 to 7 hours, followed by cooling in air. A significant difference from the prior art is due to the combination of a reduced temperature of reductive tempering and a low heating rate of the product before reductive tempering.
Низкая скорость нагрева изделий при восстановительном отпуске от 100 до 450°С, не превышающая 50°С/час, вызвана требованием равномерности прогрева элементов конструкции с разной толщиной стенки.The low heating rate of products during recovery tempering from 100 to 450 ° C, not exceeding 50 ° C / h, is caused by the requirement of uniform heating of structural elements with different wall thicknesses.
При этом в диапазоне температур 450±10°С происходит коагуляция карбидов цементитного типа, что приводит к восстановлению хладостойкости стали. При температуре ниже 440°С диффузионная подвижность атомов железа затруднена, что снижает степень коагуляции карбидов цементитного типа. Повышение температуры восстановительного отпуска свыше 460°С, а также увеличение длительности отпуска свыше 7 часов приводит к выделению мелких тугоплавких карбидов, таких как карбиды хрома, ванадия или ниобия, создающих напряжения на границе карбид-матрица и понижающих хладостойкость стали.Moreover, in the temperature range 450 ± 10 ° C, coagulation of cementitic carbides occurs, which leads to the restoration of the cold resistance of steel. At temperatures below 440 ° C, the diffusion mobility of iron atoms is hindered, which reduces the degree of coagulation of cementite type carbides. An increase in the temperature of reductive tempering above 460 ° С, as well as an increase in the duration of tempering over 7 hours, leads to the precipitation of small refractory carbides, such as chromium, vanadium, or niobium carbides, which create stresses at the carbide-matrix interface and lower the cold resistance of steel.
Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена таблица 1, в которой представлен химический состав стали марки 10ГН2МФА; на фиг.2 представлена таблица 2, в которой показано влияние режимов термической обработки на хладостойкость стали перлитного класса марки 10ГН2МФА после восстановительного отпуска.The essence of the proposal is illustrated by drawings, where figure 1 shows table 1, which presents the chemical composition of steel grade 10GN2MFA; figure 2 presents table 2, which shows the influence of heat treatment on the cold resistance of pearlite steel grade 10GN2MFA after recovery tempering.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Изделие из перлитной стали после длительной эксплуатации в диапазоне температур от 150 до 350°С сначала нагревают в диапазоне температур 100 до 450°С со скоростью 50°С/час. Затем проводят восстановительный отпуск при температуре 450±10°С с выдержкой от 3 до 7 часов с последующим охлаждением на воздухе.After long-term operation in the temperature range from 150 to 350 ° C, a pearlite steel product is first heated in the temperature range of 100 to 450 ° C at a speed of 50 ° C / h. Then carry out reductive vacation at a temperature of 450 ± 10 ° C with an exposure of 3 to 7 hours, followed by cooling in air.
Способ поясняется следующим примером.The method is illustrated by the following example.
На металлургическом производстве «Ижорский завод» была выплавлена мартеновским способом низкоуглеродистая перлитная сталь марки 10ГН2МФА, химический состав которой приведен в таблице 1 (фиг. 1).At the Izhorskiy Zavod metallurgical plant, the low-carbon pearlitic steel grade 10GN2MFA, the chemical composition of which is shown in Table 1 (Fig. 1), was smelted in an open-hearth manner.
Из этой стали был изготовлен коллектор парогенератора ПГВ-1000 Южно-Украинской АЭС.The collector of the PGV-1000 steam generator of the South Ukrainian NPP was made of this steel.
Указанную сталь перед эксплуатацией подвергали закалке и высокому отпуску. Материал после такой термической обработки отработал на станции 60 тысяч часов при температурах 250-350°C.The specified steel before operation was subjected to hardening and high tempering. The material after such heat treatment worked at the station for 60 thousand hours at temperatures of 250-350 ° C.
Затем из коллектора были вырезаны заготовки размером 15×15×60 мм, которые были подвергнуты восстановительному отпуску по заявляемому способу.Then from the collector were cut blanks of size 15 × 15 × 60 mm, which were subjected to restorative tempering according to the claimed method.
Восстановительный отпуск осуществляли при температуре 450°C с выдержками 3, 5 и 7 часов, а нагрев заготовок перед отпуском проводили со скоростью 50°C/час.Restorative tempering was carried out at a temperature of 450 ° C with exposures of 3, 5, and 7 hours, and preforms were heated before tempering at a rate of 50 ° C / h.
После восстановительного отпуска образцы охлаждали на воздухе.After reductive leave, the samples were cooled in air.
Из этих заготовок были изготовлены образцы с острым надрезом для испытаний на ударный изгиб. Образцы были испытаны при температуре -10°C.Sharp notched specimens were made from these blanks for impact bending tests. Samples were tested at -10 ° C.
Кроме того, оценивали также коробление обечайки коллектора диаметром 4290×145 мм, прошедшего эксплуатационное воздействие при температурах 250-350°C в течение 60 тысяч часов по известному и заявляемому способам. Результаты испытаний представлены в таблице 2 (фиг. 2).In addition, we also evaluated the warpage of the collector shell with a diameter of 4290 × 145 mm, which underwent operational impact at temperatures of 250-350 ° C for 60 thousand hours by the known and claimed methods. The test results are presented in table 2 (Fig. 2).
Заявляемый способ обеспечивает коагуляцию карбидов цементитного типа.The inventive method provides for the coagulation of cementitious carbides.
Заявляемый способ позволяет восстанавливать изделия из перлитных сталей в составе конструкции, без снижения других механических характеристик, без значимого коробления, поводок и окисления поверхности изделия с последующим исправлением.The inventive method allows to restore products from pearlitic steels as part of the structure, without reducing other mechanical characteristics, without significant warpage, leash and oxidation of the surface of the product with subsequent correction.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013151406/02A RU2559598C2 (en) | 2013-11-18 | 2013-11-18 | Reconditioning of articles from low-carbon perlite steel after operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013151406/02A RU2559598C2 (en) | 2013-11-18 | 2013-11-18 | Reconditioning of articles from low-carbon perlite steel after operation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013151406A RU2013151406A (en) | 2015-05-27 |
RU2559598C2 true RU2559598C2 (en) | 2015-08-10 |
Family
ID=53284809
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013151406/02A RU2559598C2 (en) | 2013-11-18 | 2013-11-18 | Reconditioning of articles from low-carbon perlite steel after operation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2559598C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2702882C1 (en) * | 2018-12-29 | 2019-10-11 | федеральное бюджетное учреждение "Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности" (ФБУ "НТЦ ЯРБ") | Method of recovering mechanical properties of a material of a body of an operating nuclear reactor in the absence of an external heating source by annealing |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1507816A1 (en) * | 1988-01-04 | 1989-09-15 | Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР | Method of restoring mechanical properties of steel structures |
RU2081187C1 (en) * | 1993-07-27 | 1997-06-10 | Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" | Method for recovering properties of material of power reactor casings |
RU2396361C1 (en) * | 2009-10-02 | 2010-08-10 | Федеральное Государственное учреждение "Российский научный центр "Курчатовский институт" (РНЦ "Курчатовский институт") | Procedure for recovery of physical-mechanical properties of metal of vessels of power reactors of water-moderated water-cooled power reactors - 1000 (wmwcpr-1000) |
-
2013
- 2013-11-18 RU RU2013151406/02A patent/RU2559598C2/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1507816A1 (en) * | 1988-01-04 | 1989-09-15 | Институт физики металлов Уральского отделения АН СССР | Method of restoring mechanical properties of steel structures |
RU2081187C1 (en) * | 1993-07-27 | 1997-06-10 | Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" | Method for recovering properties of material of power reactor casings |
RU2396361C1 (en) * | 2009-10-02 | 2010-08-10 | Федеральное Государственное учреждение "Российский научный центр "Курчатовский институт" (РНЦ "Курчатовский институт") | Procedure for recovery of physical-mechanical properties of metal of vessels of power reactors of water-moderated water-cooled power reactors - 1000 (wmwcpr-1000) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2702882C1 (en) * | 2018-12-29 | 2019-10-11 | федеральное бюджетное учреждение "Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности" (ФБУ "НТЦ ЯРБ") | Method of recovering mechanical properties of a material of a body of an operating nuclear reactor in the absence of an external heating source by annealing |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013151406A (en) | 2015-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ren et al. | High temperature mechanical properties and surface fatigue behavior improving of steel alloy via laser shock peening | |
Cheadle | The development of Zr-2.5 Nb pressure tubes for CANDU reactors | |
Jayakumar et al. | Materials development for fast reactor applications | |
Pandey et al. | Diffusible hydrogen level in deposited metal and their effect on tensile properties and flexural strength of P91 steel | |
Epp et al. | Residual stress relaxation during heating of bearing rings produced in two different manufacturing chains | |
Bruchhausen et al. | Characterization of a 14Cr ODS steel by means of small punch and uniaxial testing with regard to creep and fatigue at elevated temperatures | |
Li et al. | Thermal cycling induced stress–assisted sigma phase formation in super duplex stainless steel | |
Vivas et al. | Effect of ausforming temperature on creep strength of G91 investigated by means of Small Punch Creep Tests | |
Yonezawa et al. | The effects of metallurgical factors on PWSCC crack growth rates in TT Alloy 690 in simulated PWR primary water | |
Ni et al. | Microstructure of Zircaloy-4 alloy during β phase quenching and determination of critical quenching diameter of its rods | |
CN103215415B (en) | Method for quickly improving corrosion resistance of material surface in situ | |
Kuhn et al. | “Reactive” Microstructure—The Key to Cost-Effective, Fatigue-Resistant High-Temperature Structural Materials | |
Neustroev et al. | Severe embrittlement of neutron irradiated austenitic steels arising from high void swelling | |
RU2559598C2 (en) | Reconditioning of articles from low-carbon perlite steel after operation | |
JP7081931B2 (en) | Methods for Producing Iron-Based Steel Compositions, Fuel Elements, Fuel Assembly Components and Steel Compositions for Fuel Elements | |
Liu et al. | The effect of post weld heat treatment on the creep-fatigue behavior of gas tungsten arc welded 308L stainless steel | |
Li et al. | Effect of precipitates on the hot embrittlement of 11Cr–3Co–3W martensitic heat resistant steel for turbine high temperature stage blades in ultra-supercritical power plants | |
DK2761040T3 (en) | Process for producing a wear and corrosion resistant casing for a nuclear reactor from a low carbon content stainless steel austenitic blank, corresponding casing and corresponding control cluster | |
Yushchenko et al. | The role of actively diffusing impurities of sulfur and oxygen in ductility-dip cracking susceptibility of Ni-Cr-Fe welds | |
Yang et al. | Low cycle fatigue behavior of additive manufactured 316LN stainless steel at 550° C: Effect of solution heat treatment | |
Kanni Raj | On High‐Temperature Materials: A Case on Creep and Oxidation of a Fully Austenitic Heat‐Resistant Superalloy Stainless Steel Sheet | |
Zhang et al. | Cyclic behaviour of 12% Cr ferritic‐martensitic steel upon long‐term on‐site service in power plants | |
Twite et al. | Variations in measured fatigue life in LWR coolant environments due to different small specimen geometries | |
JP2014532174A5 (en) | ||
JP5564022B2 (en) | Method for evaluating hydrogen cracking resistance of forged steel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |