RU2640317C1 - Способ определения жаростойкости аустенитных сталей - Google Patents
Способ определения жаростойкости аустенитных сталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2640317C1 RU2640317C1 RU2016126460A RU2016126460A RU2640317C1 RU 2640317 C1 RU2640317 C1 RU 2640317C1 RU 2016126460 A RU2016126460 A RU 2016126460A RU 2016126460 A RU2016126460 A RU 2016126460A RU 2640317 C1 RU2640317 C1 RU 2640317C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- samples
- depth
- heat resistance
- corrosion damage
- sample
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/60—Investigating resistance of materials, e.g. refractory materials, to rapid heat changes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для определения жаростойкости аустенитных сталей, используемых в теплонапряженных элементах энергетического оборудования. Способ определения жаростойкости аустенитных сталей по максимальной глубине ее коррозионного повреждения при испытаниях заданного количества образцов стали в условиях высокотемпературной агрессивной среды включает изготовление шлифа места наибольшего коррозионного повреждения образца и измерение с помощью оптического микроскопа наибольшей глубины указанного повреждения. При этом с помощью ферритометра выбирают из заданного общего количества несколько образцов с наибольшими значениями величины содержания ферритной фазы в поверхностном слое в указанных местах наибольшего коррозионного повреждения; шлифы изготавливают и проводят их исследование с помощью указанного микроскопа только для выбранного указанным образом количества образцов. Поверхность шлифов выбранных для исследования образцов полируют суспензией на основе оксида кремния с подтравливающим эффектом; после определения жаростойкости отобранных для исследования с помощью оптического микроскопа образцов дополнительно с помощью электронного сканирующего микроскопа у указанных отобранных для исследования образцов измеряют максимальную толщину измененного ферритного слоя металла; результаты измерения для каждого шлифа суммируют и рассчитывается средний коэффициент пропорциональности между максимальными величинами глубины коррозионного повреждения и толщины измененного ферритного слоя. Технический результат - исключение необходимости трудоемкого исследования с применением оптических и сканирующих электронных приборов всех выделенных для исследования жаростойкости образцов.
Description
Область техники
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для определения жаростойкости аустенитных сталей, используемых в теплонапряженных элементах энергетического оборудования.
Уровень техники
Жаростойкость - способность металла сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре. Жаростойкость определяют путем выдержки образцов из исследуемого металла в печи с установленной средой в течение заданного времени при постоянной температуре. Существует три метода определения жаростойкости (ГОСТ 6130-71. Металлы. Методы определения жаростойкости. / М. Изд-во стандартов, 1990 [1]):
весовой метод по уменьшению или увеличению массы образца;
метод непосредственного измерения глубины коррозии металла по утонению образца;
комбинированный метод - сочетание весового метода или метода непосредственного измерения глубины коррозии с учетом глубины локальной коррозии и толщины подокисного слоя металла.
Весовой метод по уменьшению массы образца заключается в определении толщины слоя металла, подвергшегося коррозии при испытании, по разности массы образца до и после испытания и удаления продуктов коррозии с его поверхности. Глубину коррозии металла рассчитывают путем деления уменьшенной массы образца на плотность исследуемого металла.
Весовой метод по увеличению массы образца заключается в определении толщины слоя металла, подвергшегося коррозии в процессе испытания, по увеличению массы образца, определяемой непосредственно в процессе испытания. Глубину коррозии металла рассчитывают путем умножения увеличенной массы образца на коэффициент пропорциональности увеличения и уменьшения его массы и деления увеличенной массы на плотность исследуемого металла. Коэффициент пропорциональности зависит от исследуемого металла, температуры испытания и установленной газовой среды. Значение коэффициента пропорциональности определяют при испытании однократно.
Метод непосредственного измерения глубины коррозии металла по утонению образца заключается в измерении уменьшения линейных размеров образца.
Комбинированный метод заключается в определении массы образца весовыми методами или непосредственным измерением глубины коррозии по утонению образца с учетом максимальной глубины локальной коррозии и толщины подокисного слоя металла, обедненного легирующими элементами.
Масса образца измеряется с использованием аналитических весов. Глубина равномерной и локальной коррозии металла измеряется на травленых шлифах с помощью оптического микроскопа. Толщина измененного слоя металла определяется также на травленых шлифах с помощью рентгеновского микроанализатора.
Глубина коррозии металла складывается из глубины равномерной и локальной коррозии и толщины подокисного (измененного) слоя металла. Весовой метод по уменьшению или увеличению массы образца и метод непосредственного измерения глубины коррозии металла по утонению образца ориентированы на определение глубины равномерной коррозии металла. Результаты испытания по этим методам не в полной мере характеризуют жаростойкие свойства металла. Наиболее полно характеризуют жаростойкие свойства металла результаты испытания по комбинированному методу с применением оптического микроскопа для измерения глубины равномерной и локальной коррозии и рентгеновского микроанализатора для измерения толщины подокисного слоя. Только этот метод может применяться при исследовании жаростойких свойств сталей с искусственными обмазками образцов, схожими по химическому составу натуральными отложениями из газовой среды на изделиях. Данный метод принят в качестве прототипа патентуемого изобретения.
Согласно [1], при испытании на жаростойкость по комбинированному методу с непосредственным измерением глубины коррозии применяются только плоские образцы длиной 30-60 мм, шириной 20-30 мм и толщиной 3±0,2 мм. Время испытания зависит от срока службы изделия и должно соответствовать требованиям, приведенным в [1]. Количество экспериментальных точек при одной температуре за время испытания должно быть не менее пяти. Каждая точка определяется как среднее арифметическое результатов испытания не менее трех образцов. Количественную характеристику жаростойкости металла в зависимости от температуры определяют по данным длительных испытаний в установленной среде не менее чем при трех температурах: рабочей, ниже и выше рабочей на 50°C.
Определение глубины равномерной коррозии металла с помощью оптического микроскопа проводится не менее чем в трех сечениях образца. Глубина равномерной коррозии равна половине разности между толщиной исходного образца и толщиной образца после испытания. Толщину образца определяют измерением расстояния между максимальными выступами на противоположных сторонах. Определение глубины локальной коррозии металла с использованием оптического микроскопа проводится не менее чем в трех сечениях образца, для расчета глубины коррозии выбирается максимальная величина. Для определения толщины подокисного слоя металла с помощью рентгеновского микроанализатора проводится не менее трех измерений на месте с наибольшей глубиной коррозии образца, для расчета выбирается средняя величина.
Выводы
Согласно [1], для определения зависимости глубины коррозии металла от времени и температуры по комбинированному методу необходимо испытать не менее 45 образцов. С помощью оптического микроскопа в трех сечениях каждого образца следует измерить глубину равномерной и локальной коррозии металла. С использованием рентгеновского микроанализатора на месте с наибольшей глубиной коррозии металла каждого образца необходимо измерить толщину измененного слоя.
Таким образом, современные методы определения жаростойкости металлов являются весьма трудоемкими.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является существенное упрощение технологии определения жаростойкости аустенитных сталей, а техническим результатом - исключение необходимости трудоемкого исследования с применением оптических и сканирующих электронных приборов всех выделенных для исследования жаростойкости образцов.
Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата обеспечивается тем, что при осуществлении способа определения жаростойкости аустенитных сталей по максимальной глубине ее коррозионного повреждения при испытаниях заданного количества образцов стали в условиях высокотемпературной агрессивной среды, включающий изготовление шлифа места наибольшего коррозионного повреждения образца и измерение с помощью оптического микроскопа наибольшей глубины указанного повреждения,
согласно изобретению с помощью ферритометра выбирают из заданного общего количества несколько образцов с наибольшими значениями величины содержания ферритной фазы в поверхностном слое в указанных местах наибольшего коррозионного повреждения;
шлифы изготавливают и проводят их исследование с помощью указанного микроскопа только для выбранного указанным образом количества образцов;
поверхность шлифов выбранных для исследования образцов полируют суспензией на основе оксида кремния с подтравливающим эффектом;
после определения жаростойкости отобранных для исследования с помощью оптического микроскопа образцов дополнительно с помощью электронного сканирующего микроскопа у указанных отобранных для исследования образцов измеряют максимальную толщину измененного ферритного слоя металла;
результаты измерения для каждого шлифа суммируют, и рассчитывается средний коэффициент K пропорциональности между ферритным слоем по формуле максимальными величинами глубины коррозионного повреждения и толщины измененного
I - порядковый номер образца,
n - количество отобранных для исследования образцов,
h - максимальная глубина коррозионного повреждения образца,
Сф - максимальное содержание ферритной фазы в металле образца, а максимальную глубину коррозионного повреждения, характеризующую жаростойкость каждого из остальных образцов, определяют по формуле:
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков патентуемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что установление коэффициента пропорциональности между максимальными величинами глубины коррозионного повреждения и толщины измененного ферритного слоя позволяет ограничиться проведением тщательных структурных исследований шлифов только нескольких образцов, заменив их для остальных образцов более простым исследованием величины содержания в них ферритной фазы.
Осуществление изобретения
Последние ступени пароперегревателей котлов тепловых электростанций (ТЭС) выполняются из жаропрочных и жаростойких аустенитных сталей. Результаты испытания на жаростойкость аустенитных сталей хромомарганцевой марки 10Х13Г12БС2Н2Д2 (ДИ59) и хромоникелевых марок 10Х16Н16 В2МБР (ЭП184) и 12Х18Н12Т в течение 1,5⋅104 ч при температурах от 600 до 700°C в контакте с воздухом, синтетической золой из Na2SO4, имитирующей отложения продуктов сгорания угля, и синтетической золой из Na2SO4 и V2O5, имитирующей отложения продуктов сгорания мазута, показали, что между окалиной и неокисленным металлом из-за избирательного окисления образовался измененный слой толщиной до 30 мкм, обедненный легирующими элементами. В хромомарганцевой стали слой состоит преимущественно из фазы α-Fe (феррита), в хромоникелевых сталях - из фазы FeNi3. Измерение с помощью магнитного ферритометра типа МФ-51НЦ AKASKAN выявило ферромагнитное свойство этих фаз. Установлено, что глубина коррозии металла, состоящая из глубины равномерной и локальной коррозии и толщины измененного слоя, прямо пропорциональна показанию магнитного ферритометра в процентах ферритной фазы. Жаростойкость аустенитных сталей определяется путем непосредственного измерения глубины равномерной и локальной коррозии и толщины подокисного (измененного) слоя металла. Испытание проводились с использованием плоских образцов, вырезанных из изделий в состоянии поставки. Требования к линейным размерам, разнотолщинности, шероховатости поверхности и количеству образцов оставались неизменными. Требования к печам, газовым средам, расположению образцов в печах, порядку загрузки и выгрузки образцов из печей, времени и температуре испытания, периоду отбора образцов и изготовлению шлифов для исследования, количеству и погрешности измерений глубины коррозии и толщины измененного слоя металла также оставались неизменными.
С помощью магнитного ферритометра измеряется содержание ферритной
фазы в металле не менее чем в девяти точках на наружной поверхности каждого испытанного образца для обнаружения зоны с максимальным количеством фазы. Из трех образцов со средней длительностью и температурой испытания в зоне с максимальным содержанием ферритной фазы делались шлифы. Поверхности шлифов после изготовления полировались суспензией на основе оксида кремния с подтравливающим эффектом. На шлифах измерялись максимальная глубина равномерной и локальной коррозии металла с помощью оптического микроскопа при 500-кратном увеличении и максимальная толщина измененного слоя металла с помощью электронного сканирующего микроскопа с приставкой для микроанализа при 2000-кратном увеличении. Результаты измерения для каждого шлифа суммировались. Рассчитывался средний коэффициент пропорциональности по формуле (1).
Величина коэффициента пропорциональности определялась для исследуемой марки стали, температуры испытания и газовой среды однократно. Максимальное содержание ферритной фазы в каждом образце умножалось по формуле (2) на коэффициент пропорциональности, и получалась максимальная глубина коррозии металла в каждом образце. На основании полученных данных устанавливалась зависимость жаростойкости исследованной марки стали от времени и температуры испытания. Пример расчета коэффициента пропорциональности - K
K=(0,314/0,73+0,315/0,75+0,318/0,79)/3=0,418.
Claims (12)
- Способ определения жаростойкости аустенитных сталей по максимальной глубине ее коррозионного повреждения при испытаниях заданного количества образцов стали в условиях высокотемпературной агрессивной среды, включающий изготовление шлифа места наибольшего коррозионного повреждения образца и измерение с помощью оптического микроскопа наибольшей глубины указанного повреждения,
- отличающийся тем, что
- с помощью ферритометра выбирают из заданного общего количества несколько образцов с наибольшими значениями величины содержания ферритной фазы в поверхностном слое в указанных местах наибольшего коррозионного повреждения;
- шлифы изготавливают и проводят их исследование с помощью указанного микроскопа только для выбранного указанным образом количества образцов;
- поверхность шлифов, выбранных для исследования образцов, полируют суспензией на основе оксида кремния с подтравливающим эффектом;
- после определения жаростойкости отобранных для исследования с помощью оптического микроскопа образцов дополнительно с помощью электронного сканирующего микроскопа у указанных отобранных для исследования образцов измеряют максимальную толщину измененного ферритного слоя металла;
- результаты измерения для каждого шлифа суммируют и рассчитывается средний коэффициент K пропорциональности между максимальными величинами глубины коррозионного повреждения и толщины измененного ферритного слоя по формуле
- I - порядковый номер образца,
- n - количество отобранных для исследования образцов,
- h - максимальная глубина коррозионного повреждения образца,
- Сф - максимальное содержание ферритной фазы в металле образца, а максимальную глубину коррозионного повреждения, характеризующую жаростойкость каждого из остальных образцов, определяют по формуле: h=K·Сф.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126460A RU2640317C1 (ru) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | Способ определения жаростойкости аустенитных сталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126460A RU2640317C1 (ru) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | Способ определения жаростойкости аустенитных сталей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2640317C1 true RU2640317C1 (ru) | 2017-12-27 |
Family
ID=63857458
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016126460A RU2640317C1 (ru) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | Способ определения жаростойкости аустенитных сталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2640317C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111487272A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-08-04 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种航空发动机涡轮叶片表面产物层分析方法 |
WO2022115512A1 (en) * | 2020-11-25 | 2022-06-02 | Red Mud Enterprises Llc | System for processing red mud and method of processing red mud |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU254877A1 (ru) * | Центральный научно исследовательский институт технологии | Способ оценки жаростойкости металлов и сплавов | ||
SU796738A1 (ru) * | 1978-01-30 | 1981-01-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательскийинститут Метизной Промышленности | Способ определени жаростойкостиМЕТАлличЕСКОй пРОВОлОКи C пОКРы-ТиЕМ |
JPH06229898A (ja) * | 1993-01-29 | 1994-08-19 | Daikin Ind Ltd | 液槽式冷熱衝撃試験装置における熱媒蒸気回収装置 |
-
2016
- 2016-07-01 RU RU2016126460A patent/RU2640317C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU254877A1 (ru) * | Центральный научно исследовательский институт технологии | Способ оценки жаростойкости металлов и сплавов | ||
SU796738A1 (ru) * | 1978-01-30 | 1981-01-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательскийинститут Метизной Промышленности | Способ определени жаростойкостиМЕТАлличЕСКОй пРОВОлОКи C пОКРы-ТиЕМ |
JPH06229898A (ja) * | 1993-01-29 | 1994-08-19 | Daikin Ind Ltd | 液槽式冷熱衝撃試験装置における熱媒蒸気回収装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГОСТ 6130-71, Металлы. Методы определения жаростойкости, М. Изд-во стандартов, 1990. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111487272A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-08-04 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种航空发动机涡轮叶片表面产物层分析方法 |
CN111487272B (zh) * | 2020-04-21 | 2023-06-02 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种航空发动机涡轮叶片表面产物层分析方法 |
WO2022115512A1 (en) * | 2020-11-25 | 2022-06-02 | Red Mud Enterprises Llc | System for processing red mud and method of processing red mud |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jin et al. | Corrosion behaviour of 316L stainless steel and anti-corrosion materials in a high acidified chloride solution | |
Laverde et al. | Continuous and cyclic oxidation of T91 ferritic steel under steam | |
RU2640317C1 (ru) | Способ определения жаростойкости аустенитных сталей | |
CN109856039A (zh) | 基于l-m参数法的内螺槽型乙烯裂解炉管剩余寿命评估方法 | |
Lance et al. | The use of glow discharge optical emission spectroscopy to quantify internal carburization in supercritical CO2 | |
Abad et al. | Evaluation of the mechanical properties of naturally grown multilayered oxides formed on HCM12A using small scale mechanical testing | |
Su et al. | Quantifying high temperature corrosion | |
Kurley et al. | The effect of shot peening on steam oxidation of 304H stainless steel | |
Cuevas-Arteaga et al. | Electrochemical noise analysis in the frequency domain and determination of corrosion rates for SS-304 stainless steel | |
Pint et al. | Effect of Pressure and Thermal Cycling on Long-Term Oxidation in Supercritical CO2 | |
US20180340897A1 (en) | Techniques for Using Oxide Thickness Measurements for Predicting Crack Formation and Growth History in High-Temperature Metallic Components | |
JP2014142304A (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼の寿命評価方法 | |
JP5622406B2 (ja) | 耐熱鋼の脆化評価方法 | |
Haynes et al. | Oxidation of slurry aluminide coatings on cast stainless steel alloy CF8C-plus at 800 C in water vapor | |
US7150798B2 (en) | Non-destructive testing method of determining the service metal temperature of a component | |
Du et al. | Application of magnetic analyzers for detecting carburization of pyrolysis furnace tubes | |
Najima et al. | Method for identifying areas of sulfidation on water-wall tubes in coal-fired boilers | |
EP0413578B1 (en) | Temperature history indicator | |
JPH10123123A (ja) | ガスタービン高温部品のクリープ寿命推定方法 | |
Schütze et al. | Oxidation‐related life‐time assessment using the new ISO standards ISO 21608: 2012 and ISO 26146: 2012 | |
Pint et al. | Effect of Impurities on the Compatibility of Steels in Supercritical CO2 at 450°-650° C | |
Liu et al. | Effect of Al Addition on Corrosion Behavior of High Mn Steels in a Cl–-Containing Environment | |
Pješcic-Šcepanovic et al. | Corrosion of NiTiDiscs in Different Seawater Environments. Materials 2022, 15, 2841 | |
Zhang et al. | Investigation of corrosion behavior of wrought Co-Cr-W super alloys | |
CN117128845B (zh) | 渗碳炉管的渗碳层厚度定量评估方法及装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180702 |