Разработка методов прогнозирования остаточного ресурса печных змеевиков из стали 15Х5М на основе исследования структурно-механических состояний и их эволюции в процессе эксплуатации

• Автор: Тришкина, Ирина Анатольевна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 231 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ В НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ

ХРОМОМОЛИБДЕНОВЫХ СТАЛЕЙ

1.1. Технологическйе печи — составная часть нефтеперерабатывающих 12 установок, их назначение, устройство и эксплуатация

1.2. Теплоустойчивые стали как материал для изготовления труб 15 печных змеевиков

1.2.1. Влияние основных легирующих элементов на эксплуатационные 15 свойства теплоустойчивых сталей
1.2.2. Влияние термической обработки на структуру и свойства металла 17 печных змеевиков в состоянии поставки
1.2.3. Влияние структурных параметров металла на кратковременные 22 механические свойства, длительную прочность и пластичность
1.3. Изменение свойств металла печных змеевиков в процессе 28 длительной эксплуатации
1.4. Прогнозирование эксплуатационной надежности печных змее- 36 виков из хромомолибденовых сталей
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Исследуемый материал
2.2. Стандартные методики
2.2.1. Химический анализ
2.2.2. Механические испытания
2.2.3. Металлографические исследования
2.2.4. Рентгеноструктурный анализ
2.2.5. Электронномикроскопические исследования
2.3. Разработанные методики
2.3.1. Исследование стали 15Х5М (15Х5М-У) в состоянии поставки
2.3.2. Исследование структурно-механических состояний стали 15Х5М 72 после эксплуатации
2.3.2.1. Исследование влияния структурных характеристик на кратковре
менные механические свойства стали 15Х5М после эксплуатации
2.3.2.2. Исследование влияния структурных параметров на длительную
прочность стали 15Х5М, применяемой при температуре 570°С
2.3.3. Исследование эволюции структурно-механических состояний метал
ла труб печных змеевиков
2.3.3.1. Изменение структуры и кратковременных механических свойств 73 металла печных змеевиков после эксплуатации
2.3.3.2. Исследование влияния длительных изотермических экспозиций на 76 жаропрочность стали 15Х5М, применяемой при температуре 570°С
2.3.3.3. Исследование влияния предварительных деформаций ползучести на 78 структуру и свойства стали 15Х5М
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ СОСТОЯНИЙ И ФИ
ЗИКО - МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТАЛИ 15Х5М, ЭКСПЛУАТИРУЕМОЙ В ПЕЧНЫХ ЗМЕЕВИКАХ СВЫШЕ 250 ТЫСЯЧ ЧАСОВ
3.1. Исследование металла труб печей, работающих при температурах 81 350-500°С
3.1.1. Классификация структурных состояний металла после эксплуа- 81 тации
3.1.2. Исследование взаимосвязи характеристик структуры с характе- 86 ристиками прочности и пластичности стали 15Х5М, работающей при температурах 350 - 500°С
3.1.3. Исследование взаимосвязи структурно-механических характери- 101 стик стали 15Х5М-У, работающей при 350 - 500°С
3.2. Исследование металла труб печей, работающих при температуре
570°С
3.2.1. Структурные состояния металла, применяемого при 570 °С
3.2.2. Исследование структуры, кратковременной прочности и пла- ИЗ стичности стали 15Х5М, применяемой при 570°С
3.2.3. Исследование влияния структурных характеристик на кратковре- 120 менные механические свойства 15Х5М-У, работающей при 570°С
3.2.4. Исследование влияния структурных параметров на длительную 124 прочность металла печных змеевиков
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СО
СТОЯНИЙ МЕТАЛЛА В ПРОЦЕССЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЕЧНЫХ ЗМЕЕВИКОВ
4.1. Изменение структуры и механических свойств стали 15Х5М, рабо- 131 тающей при температурах до 500°С
4.2. Влияние профилактических паровыжигов кокса на свойства ста- 137 ли 15Х5М (15Х5М-У)
4.3. Изменение структуры и кратковременных механических свойств 141 металла печных змеевиков в процессе эксплуатации при 570°С
4.4. Влияние изотермической экспозиции и предварительной деформа- 147 ции ползучести на жаропрочность стали 15Х5М, работающей при 570°С
4.5. Исследование эксплуатационной надежности металла труб печных 160 змеевиков
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 5. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЖАРО
ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛА ПЕЧНЫХ ЗМЕЕВИКОВ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ УСТАНОВОК
5.1. Оценка жаропрочности металла печных змеевиков, работающих 165 при температурах до 500°С
5.2. Многоуровневый подход к оценке жаропрочности стали 15Х5М, 172 работающей при 570°С
5.2.1. Предварительная оценка длительной прочности по результатам 172 неразрушающего контроля микроструктуры и твердости
5.2.2. Методика оценки длительной прочности по физико-механическим 176 свойствам
5.2.3 Методика прогнозирования длительной прочности методом базо
вых диаграмм
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ется достаточный уровень кратковременной и длительной прочности, высокая длительная пластичность, фазовая стабильность. При этом исследования пороповреждаемости с привлечением оптической и электронной микроскопии [64], [77], [78], [79], [80] доказали отсутствие повреждаемости границ зерен сталей 15Х5М и 12Х2М1 термодинамически устойчивыми порами. Прецизионные дилатометрические исследования теплоустойчивой стали 12Х2М1 [81] показали, что эксплуатация труб в условиях каталитического риформинга практически не влияет на термическое расширение стали 12Х2М1 в интервале температур 20-700°С, а в межкритическом интервале и аустенитной области у металла наблюдается увеличение термического расширения вследствие обогащения аустенита молибденом.
Отсутствие значительной повреждаемости границ зерен термодинамически устойчивыми порами связано, по-видимому, с невысокими значениями рабочих давлений (3-5 МПа) в трубах змеевиков печей каталитического риформинга. В публикациях имеются сведения о влиянии нагрузки на структуру и свойства теплоустойчивых сталей, находящихся под длительным температурно-силовым воздействием. Так в работе [82] отмечается, что преобладающая одноосная механическая нагрузка, наложенная на тепловую, замедляет микроструктурные преобразования по сравнению с металлом, подвергаемым только тепловому воздействию. В результате исследований [83] установлено, что напряжение при старении металла стимулирует образование сегрегаций. В монографии [10] указывается на повышение скорости диффузии растворенных атомов, ускорение образования и увеличение количества выделений зародышевых карбидов под воздействием приложенной нагрузки, что приводит к более интенсивному обеднению ферритной основы стали Сг и С, уменьшению притока Сг к карбиду Ме7Сз и замедлению карбидной реакции Ме7Сз —> Ме2зСб- Автор [68] свидетельствует об ускорении процесса выделения мелкодисперсных карбидов по границам зерен и более равномерном их распределении внутри зерна под воздействием нагрузки. По данным [68], высокая плотность мелкодисперсной кар-