Оценка ресурса и обобщение влияния процессов длительной эксплуатации на структуру и свойства хладостойких сталей

• Автор: Вологжанина, Светлана Антониновна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 289 с. : ил.

ГЛАВА 1. Условия эксплуатации и требования к материалам криосистем

1.1. Проблема исчерпания ресурса низкотемпературных объектов

1.2. Причины отказов и появления дефектов в крупногабаритных конструкциях

1.3. Конструктивные особенности и условия эксплуатации криогенных установок

1.4. Материалы и требования к материалам для изготовления низкотемпературной техники

1.4.1. Требования к материалам для низкотемпературной техники

1.4.2. Материалы для изготовления низкотемпературного

оборудования

1.4.3. Влияние эксплуатационных факторов на свойства сталей низкотемпературного оборудования
1.5. Нормативно-техническая база системы промышленной безопасности оборудования опасных производств

1.6. Существующие подходы обеспечения безопасности опасных

производств
Выводы по главе
ГЛАВА 2. Влияние условий эксплуатации на превращения, происходящие в материалах оборудования, эксплуатируемых при температурах
климатического холода
2.1. Исследование влияния сегрегаций примесных атомов на физикомеханические свойства сталей
2.1.1. Феноменологические аспекты развития зернограничных
сегрегаций
2.1.2. Термодинамические аспекты развития зернограничных
сегрегаций
2.2. Образование и развитие зернограничных сегрегаций примесных атомов в Ре-С сплавах технической чистоты
2.2.1. Формирование сегрегаций примесных атомов в границах аустенитных зерен при нагревах выше точки Ас3
2.2.2. Развитие зернограничных сегрегаций в Ре-С сплавах при нагревах ниже точки Ас3, проводимых после аустенитизации
2.2.3. Распределение элементов в границах ферритных зерен Ре-С сплавов
2.3. Влияние зернограничных сегрегаций на механические свойства и коррозионную стойкость Ре-С сплавов
2.3.1. Влияние зернограничных сегрегаций на охрупчивание
2.3.2. Изменение малоцикловой усталости
2.3.3. Развитие коррозионных дефектов
Выводы по главе
ГЛАВА 3. Исследование влияния зернограничных сегрегаций примесных атомов на эксплуатационную надежность оборудования климатического
холода
ЗЛ. Проверка механизма образования и развития зернограничных сегрегаций в углеродистых сталях промышленного производства
3.2. Анализ фактического состояния материала технологического оборудования, отработавшего расчетный срок службы
-і 3.2.1. Изменение свойств и химического состава границ аустенитных
зерен сталей оборудования, эксплуатируемого в интервале температур от-40 до 475 °С
3.2.2. Изменение свойств и химического состава границ аустенитных зерен сталей оборудования, эксплуатируемого в интервале температур
от-40 до 400 °С
3.2.3. Оценка состояния материала оборудования климатического холода в зависимости от температурного режима эксплуатации
3.3. Пути повышения работоспособности оборудования, изготовленного из углеродистых сталей и эксплуатируемого в условиях Сибири и Крайнего Севера
3.3.1. Влияние размеров аустенитных зерен на зернограничные сегрегации примесных атомов в углеродистых сталях
3.3.2. Влияние микр о легирования и термоциклирования на размер зерен и характеристики механических свойств сталей климатического холода
3.3.3. Управление природой неметаллических включений
Выводы по главе
ГЛАВА 4. Разработка метастабильной аустенитной стали для оборудования криогенной техники, эксплуатируемого без технологических разогревов
4.1. Факторы, определяющие процесс деформационного мартенситного превращения в метастабильных аустенитных сталях
4.1.1. Выбор критерия интенсивности деформационного мартенситного превращения
4.1.2. Влияние интенсивности деформационных мартенситных превращений на механические свойства метастабильных аустенитных сталей
4.1.3. Влияние способа нагружения на интенсивность деформационных мартенситных превращений
4.2. Оптимизация химического состава и режима термической обработки
4.2.1. Выбор состава опытных сталей с учетом критерия интенсивности ДМП
4.2.2. Выбор режима термической обработки опытных сталей
4.3. Влияние химического состава, пластической деформации и режима термической обработки на кинетику деформационных мартенситных превращений
4.3.1. Влияние низких температур и деформации на интенсивность мартенситных превращений
4.3.2. Влияние концентраций ванадия и азота на кинетику деформационных мартенситных превращений
4.3.3. Влияние режима старения на кинетику деформационных мартенситных превращений
4.4. Исследование влияния деформационных мартенситных превращений на механические свойства метастабильных аустенитных сталей
4.4.1. Влияние деформационных мартенситных превращений на ударную вязкость
4.4.2. Исследование характера разрушения Cr-Ni-Mn аустенитных сталей с азотом и ванадием
4.5. Метастабильная аустенитная сталь для оборудования криогенной техники, не подвергающегося технологическим разогревай
Выводы по главе
ГЛАВА 5. Превращения, происходящие в материалах основного оборудования, эксплуатируемого при температурах до 4,2 к и подвергаемого эпизодическим технологическим разогревам до 800-850 °С
5.1. Оценка фактического состояния материала основного оборудования криогенной гелиевой установки
5.1.1. Изменение механических свойств материала вырезок из оборудования
5.1.2. Оценка причин, приводящих к падению характеристик механических свойств
5.2. Исследование влияния температуры и длительности технологических разогревов на структуру и механические свойства стали 12Х18Н12Т
при криогенных температурах
5.2.1. Влияние разогревов на изменение химического состава карбидной фазы стали
5.2.2. Влияние технологических разогревов на механические свойства стали
5.3. Исследование влияния эксплуатационных факторов риска на механические свойства стали 12Х18Н12Т
5.3.1. Изменения свойств металла в ходе эксплуатации в диапазоне температур 293^1,2 К
5.3.2. Изменение свойств стали 12Х18Н12Т после длительной эксплуатации в диапазоне температур 1000-4,2 К
Выводы по главе
ГЛАВА 6. Исследование влияния длительной эксплуатации на склонность
к возникновению коррозионных дефектов в стали 12X18Н12Т
6.1. Коррозионное растрескивание стали 12Х18Н12Т
6.1.1. Оценка влияния растягивающих напряжений на электрохимические процессы, протекающие в стали 12X18Н12Т
6.1.2. Влияние уровня пластической деформации на скорость анодного процесса в стали 12Х18Н12Т
6.1.3. Влияние скорости нагружения на стойкость к коррозионному растрескиванию образцов стали 12Х18Н12Т

ра, сурьмы, олова и т.п.) являются основной причиной охрупчивания отпущенных сталей.
Отпускная хрупкость и механическое старение - явление, характерное не только для высокотемпературной техники, но и для оборудования, эксплуатируемого при пониженных температурах. Это связано с особенностями эксплуатации низкотемпературных технических систем, таких как, например, системы очистки и сжижения газов, транспортные устройства и т.п. В ходе эксплуатации низкотемпературные системы подвергаются периодическим технологическим разогревай до температур порядка 1000 К, что обуславливается необходимостью восстановления работоспособности систем фильтрации, катализа и очистки [40, 43, 181]. Однако работы, посвященные влиянию сегрегаций примесных атомов на свойства оборудования низкотемпературной техники фактически отсутствуют.
2.1.2. Термодинамические аспекты развития зернограничных сегрегаций
Ранее были рассмотрены статистические аспекты возникновения и развития зернограничных сегрегаций, позволяющие оценить распределение примесных элементов в границах зерен, их роль в охрупчивании материала. Физическая модель образования и развития этих дефектов может рассматриваться только с позиций классической термодинамики. Впервые соотношение между адсорбцией вещества на поверхности и экспериментально измеряемой энергией поверхности раздела было сформулировано Гиббсом [13]. Было показано, что химический потенциал любой примеси р; должен быть одинаков во всех фазах, в том числе и в поверхностных. При равенстве р* концентрация примеси в различных фазах неодинакова и примеси распределены неравномерно между объемными и поверхностными фазами. Исходя из этих условий, Гиббс вывел уравнение (2.11).
П = -(ео/5р;Ь, (2.11)
где о - поверхностное натяжение на границе раздела, Г] - избыточная концентрация растворенного элемента на поверхности раздела. Для случая разбавленного раствора, характерного для концентрации примесей в стали уравнение Гиббса может быть упрощено. Принимая, что в этом случае р; = ро! + КТ 1п С*, уравнение принимает вид (2.12):
Г| = - С,/КТ (да/ сСДтд (2.12)
Положительная адсорбция ( Г] > 0 ) имеет место при (да/ дС{) < 0. Примеси, понижающие поверхностную энергию на границе раздела, называются поверхностно-активными и должны, как правило адсорбироваться на поверхности; примеси которые увеличивают поверхностное натяжение (да/дС,) > 0 - избегать поверхности. [13, 145, 147]. Для бинарного твердого раствора, где растворитель подчиняется закону Рауля, а растворяемый элемент — закону Генри, изотерму Гиббса можно записать в следующем виде [178] (2.13):