Деградация структуры и изменение механических свойств металла пароперегревателей

• Автор: Трякина, Надежда Юрьевна
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 187 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Аналитический обзор. Анализ влияния эксплуатационных факторов на 8 работоспособность высокотемпературных пароперегревателей
1.1 Особенности условий эксплуатации и анализ факторов, приводящих к 8 повреждениям высокотемпературных элементов технологического оборудования

1.2 Характерис тика сталей, предназначенных для пароперегревателей

1.3 Деградация структуры и механических свойств высокотемпературных трубопроводов

1.3.1 Изменение структурнофазового состава в процессе эксплуатации

1.3.2 Развитие повреждаемости

1.4 Влияние отклонений от расчетных параметров эксплуатации на структуру, . свойства и характер разрушений высокотемпературных трубопроводов
1.5 Анализ существующих методов оценки состояния и прогнозирования надежности элементов современного высокотемпературного технологического , оборудования

2 Материалы и методики исследования

2.1 Объекты исследования
2.1.1 Высокотемпературные пароперегреватели
2.1.2 Сварные соединения
2.2 Методики исследований
2.2.1 Методика металлографического анализа
2.2.2 Методика электронномикроскопических исследований
2.2.3 Измерение твердости и микротвердости
2.2.4 Методика мулыифрактальиой параметризации структур
2.2.5 Рентгеноструктурные исследования
2.2.6 Статистическая обработка результатов механических испытаний
3 Исследование структурного состояния металла трубопроводов после дл ител ы ой э кс л у а га ци и
3.1 Анализ разрушения пароперегревателей из стали Х1МФ в процессе
высокотемпературной эксплуатации
3.2 Окалинообразован ие при высокотемпературной эксплуатации пароперегревателей
3.3 Особенности изменения структурного состояния металла паропроводов в процессе длительной эксплуатации
3.3.1 Структурные изменения металла пароперегревателей в процессе
эксплуатации
3.3.2 Структура металла разрушенных в процессе высокотемпературной эксплуатации пароперегревателей
3.3.3 Структурная неоднородность сварных соединений разрушившихся .
пароперегревателей
3.3.4 Изменение структурнофазового состава стали Х1МФ в процессе эксплуатации
3.4 Выводы по главе 3
4 Изменение механических свойств металла трубопроводов в процессе длительной эксплуатации
4.1 Исследование изменения прочностных характеристик
4.2 Распределение твердости на поверхности длительно эксплуатирующихся пароперегревателей
4.3 Анализ вариации твердости металла трубопроводов после длительной эксплуатации
4.4 Анализ изменения свойств сварных соединений паропере1ревателей в 7 процессе эксплуатации
4.5 Фрактальный анализ адаптации структуры пароперегревателей к условиям 8 эксплуатации
4.6 Оценка остаточного ресурса трубопроводов, эксплуатирующихся сверх 3 проектног о ресурса
4.7 Комплексная оценка состояния металла иаропсрс1рсвателей из стали 0 XН ЮТ после длительной эксплуатации
4.8 Выводы по главе 4
5 Влияние структурномеханической неоднородности сварных соединений на 4 надежность трубопроводов
5.1 Изменение структурномеханической неоднородности сварных соединений 5 трубопроводов в процессе высокотемпературных наревов
5.1.1 Структура различных зон сварных соединений стали ХНТ со 6 сталями других структурных классов
5.1.2 Влияние кратковременных перегревов на механическую неоднородность 3 однородных и разнородных сварных соединений
5.1.3 Распределение элемен тов в зоне сплавления разнородных сталей
5.2 Струкуриофазовьй состав различных зон сварных соединений 0 рубопроводов в состоянии эксплуатационного старения
5.3 Рентгеноструктурный анализ напряженного состояния металла сварных 0 соединений
5.3.1 Изменение уширения дифракционной линии по сечению сварных
соединений
5.3.2 Изменение микронапряжений по сечению сварных соединений
5.4 Выводы по главе 5
Основные результаты и выводы
Список использованной литературы


Зависимость величины деформации ползучести от времени представляется кривыми ползучести рисунок 1. На I стадии неустановившаяся ползучесть наблюдается уменьшение скорости ползучести, связанное с деформационным упрочнением наклепом, или с уменьшением числа активных источников информации . На II стадии установившаяся ползучесть скорость ползучести постоянна и контролируется перемещением отдельных атомов и групп дислокаций, при этом имеет место динамическое равновесие между наклепом и возвратом, при котором протекают процессы миграции границ, измельчаются блоки . На III стадии ускоренная ползучесть преобладают процессы возврата. Сечение образца уменьшается не только за счет поперечного сужения, но и вследствие порообразования 7, 8, 9, 2. Рисунок 1. Первичная кривая ползучести металла. Когда площадь, занятая порами, в какомто сечении достигает критической величины, наступает лавинная ползучесть и разрушение . Изучению причин и особенностей зарождения и роста пор при ползучести посвящено большое количество трудов , , 7 2. Анализ теоретических и экспериментальных работ показывает, что в процессе ползучести могут реализоваться как деформационный, так и диффузионный механизм зарождения пор. Первый механизм действует преимущественно при больших скоростях ползучести при этом зарождение пор определяется величиной смещения зерен относительно друг друга или скоростью такого смещения рисунок 1. Рисунок 1. Второй механизм действует при малых скоростях ползучести и вероятность образования поры определяется изменением свободной энергии системы рисунок 1. Форма зарождающейся поры в общем случае отличается от сферической и определяется местом зарождения углом смачивания границы зерна порой а, порой включения Р, включением границы зерна р 7. При действии любого из механизмов вероятность зарождения поры наиболее велика на включении по границе зерна 8, образуются поры и на 1раницах субзерен. В работе 7 отмечается зависимость преимущественных мест образования пор от типа микроструктуры. В металле с ферритоперлитной структурой поры и микротрещины образуются на стыках и но границам зерен феррита, а также на границах ферритперлит. В зернах перлита повреждаемость практически отсутствует. Разрушение труб, имеющих структуру сорбита отпуска, сохраняющую игольчатую ориентацию по мартенситу, происходит иначе зарождение дефектов начинается в стенке зерен и их развитие происходит по границам бывшего аустенитного зерна. Рисунок 1. Рост пор связан с диффузией и воздействием пластической деформации Накопление повреждаемости идет в две стадии. На первой стадии возникающие поры малы, термодинамически неустойчивы, основная деформация идет за счет тела зерна. К началу второй стадии размер пор возрастает, пора становится термодинамически устойчивой, деформация в поврежденных областях облегчается. На второй стадии продолжается интенсивное порообразование, сопровождающееся слиянием и ростом пор. Наличие первых очагов разрушения 0,0,5 мкм выявляется только при помощи электронного микроскопа на второй стадии ползучести 8 1. При переходе ог второй к третьей стадии ползучести поры размером мкм обнаруживаются металлографически. На третьей стадии ползучести их количество увеличивается по закону, близкому к экспоненциальному. По данным 9, половина критического объема пор накапливается за времени до разрушения, вторая половина объема пор накапливается намного быстрее за оставшиеся времени до разрушения. Существует эталонная шкала повреждаемости, по которой в соответствии с ОСТ 0 оценивается возможность дальнейшей эксплуатации теплоэнергетического оборудования из теплоустойчивых сталей. Если по границам зерен образуются цепочки пор и отдельные микротрещины, то такое состояние металла соответствует стадии предразрушения и требует замены труб. Структурными признаками работы металла труб паропроводов на третьей стадии ползучести являются также фрагментация большей части ферритных зерен и наличие рекристаллизованных объемов 3, дифференциация перлита до балла по шкале ВТИ , присутствие в стали более сложных кубических карбидов МегзС6 .