CS251460B1 - Sposob tvorenia ďalšieho živctnostného cyklu dielcov vyrobených zo stabilizovaných austenitických ocelí - Google Patents

Abstract

Účelom riešenia je úsporné .využitie stabilizovaných austenitických cce'1 s obsahom niklu 30 až 34%, a to reštitúciou ich užitných vlastností so zreteíom na ich žiarupevné a koróziivzdorné aplikácie; obnovuje sa i zvaritelnosť. Dielce· z uvedených ocelí sa najmenej v jednom stupni žíhajú, a, to v oblasti 1 060 až 1140 °C, potom cchladzujú na teplotu okolia. Tepelným spracovaním v druhom stupni se uplatnia ďalšie varianty postupu: žíhanie v oblasti 850 až 950 °C, připadne v .oblastí 760 až .800 °C; ďalšou obměnou je dvojúrovňové žíhanie v druhom stupni tak, že na žíhanie v oblasti 760 až 800 °C naviaže, pri ponechaní dielcov v peci, žíhanie v oblasti 630 až 670 °C.

Description

Vynález rieši tvorenie ďalšieho životnostného cyklu dielcov, vyrobených zo stabilizovaných austenitických ocelí s obsahom niklu 30—34 %.

V aplikáciach ako ocele koróziivzdorné a ako ocele žiarupevné sú tieto materiály v mnohých prípadoch vystavené kombinované] záťaži; príkladom toho sú nároky na ocele žiarupevné odolávajúce korózii v plynoch. Pri exploatácii dielcov vyrobených z týchto ocelí dochádza pri dlhodobej prevádzke k postupnej degradácii ich úžitných vlastností, pričom výrazné sú takéto změny, najma v kritickej oblasti teplQt a prebiehajúce deje sa manifestujú mnohými vonkajšími prejavmi. Ocele sú v kritickej oblasti vystavené 1 tepelným rázom, tiež však nízkocyklovému namáhaniu striedaním pracovných behov, často i vygokocyklovému namáhaniu.

Osilie o úsporné využitie austenitických oceli je zamerané dvomi cestami; jednou sa uberá snaha o predíženie životnosti, například podta čs. AO č. 209 625. Druhá cesta má za ciel' obnovu úžitných vlastností, kde riešenia sa musia zameriavať užšími htadiskami podta typových skupin austenitických ocelí; tu vystupuje do popredia kritérium obsahu niklu, prvku podmieňujúceho stabilitu plošné stredenej mriežky, přitom třeba mať na zřeteli i jeho sčastl protikladné prejavy v súbore látkových vlastností austenitických materiálov. Ukážkou toho je dobrá obnova mechanických vlastností niklových zliatín postupom tepelného spracovania, ktorú metodu aplikovali v Sp. st. am. na lopatky plynových turbín; avšak ohtadne korózie W. J. Mc Call (Combustion, April 1971, s. 27—33) konstatuje v článku o metóde, že v prípadoch výskytu korózie, i keď zriedkavých, sú jej účinky na niklovú zliatinu ničivé. Údaje v článku ukazujú, že obnova mechanických vlastností nie je úplná, a preto označenie regenerácia nie je v práci použité. Postup aplikuje v prvom stupni teplotu 1150 °C.

Vzhladom na čiastočne nevratné změny v degradovanej oceli javí sa pre tepelné spracovanie ako vhodný termín reštitúcia. Náročnost' reštitučných procesov je daná tým, že za niekoíko hodin sa má odstrániť maximum zmien, ktoré sa v oceli vytvárali niekoíko rokov, pričom u stabilizovaných ocelí priebeh diskrétnych zmien móže vykazovat štádiá s kladným alebo záporným prejavom na úžitné vlastnosti. Tak zistil V. D. Levin (Issled. po kor. met., 1951, s. 167—168j, že je možné vyvolat medzikryštálovú. koróziu i u oceli stabilizovanej titánom, ak sa vyžíha najprv pri 1 300 °C, schladí vodou a potom žíhá v kritickej oblasti. Paradoxně k tomu však ocet i s viditelnými karbidovými segregátmi už nepodlieha medzikryštálovej korózii, ak sa v kritickej oblasti žíhá velmi dlho, například pri 650 °C po dobu 10⁴ h. Ako vysvetlenie sa předpokládá difúzne vyrovnáme poklesu chrómu na rozhraní zrn, ako aj odstránenie pnutí na tomto rozhraní.

Avšak v kritickej oblasti prebiehajú v dielcoch zo stabilizovaných ocelí tiež deje, ktoré sa můžu prejaviť až po době desaťkrát váčšej, než je uvedených 10⁴ h. Názorným príkladom je případ systému radiačnej sekcie pece dealkylačnej jednotky, kde konštrukčným materiálom je stabilizovaná ocel s 21% chrómu a 32% niklu. V tomto potrubnom systéme sa zohrieva predchádzajúce médium, o molárnom zložení: vodík 42%, metán 38%, toluén 16%, zvyšok alkánické plyny, z teploty 490 na 600 ^CC, pri tlaku na vstupe 6,1 MPa. Teplota v radiačnej sekcii sa pohybuje v oblasti 680—700' C. Potrubný systém mal odpracované za týchto podmienok 9.10⁴ h, keď pri kontrole sa na ňom zistili poškodenia kolien trhlinami v oblasti zvarov a na výstupnom kolektore pece v miestach napojenia výstupných rúr. Pokusy o opravu zváraním neboli úspěšné; trhliny sa přitom zvačšovali a tvořili sieťovinu. Takouto degradáciou látkových vlastností bol materiál určený na vyradenie, keďže stratil životnost úplné; vo váčšine prípadov však sa tieto materiály vyraďujú ešte před skončením očakávanej životnosti, a to z bezpečnostných dóvodov.

To, že doteraz nebol k dispozici! postup pre reštitúciu takéhoto typu austenitickej ocele, je sčasti možné vysvětlit' s prihlladnutím k skladbě předmětného materiálu, ktorá je v % hmot. uhlík 0,1; křemík 1,0; mangán 1,5; fosfor 0,03; síra 0,02; chróm 21; nikel 32; hliník 0,6; titán 0.6. Obsahom niklu materiál spadá do oblasti, kde příslušná hodnota energie vrstevnej chyby ukazuje na sklon austenitickej ocele k praskavosti za tepla vo zvěrových spojoch; takúto citlivost nemá běžná austenitická ocel' s obsahom chrómu 18 % a niklu 9 %. I z hladiska medzikryštálovej korózie leží hodnota 32 % niklu práce v intervale ohraničenom zdola hodnotou 28 %, kde každé zvýšenie obsahu niklu má podstatný vplyv na urýchlenie segregačných pochodov na rozhraní zvn (L. R. Scharfstein a kol., Brit. Corrosion J., 1, 1965, s. 36—41). Avšak i faktor času osvětluje náročnost problematiky, keďže riešenie sa v prvej aplikácii týká konštrukčného materiálu, sledovaného pri pracovnom chodě v celkovom trvaní výše 10’ h, z toho 2,5 .10¹ h po jeho reštitúcii. Rozdiely látkových vlastností, odlišujúce túto stabilizovanú ocel jednak od niklových zliatin, jednak od uvedenej bežnej ocele, sú ďalej rozvedené poznatkami z riešenia.

Účinky reštitučného postupu je potřebné hodnotit so zretefom na hlavné aplikácie a koróziivzdorné konštrukčné materiály. V tom smere potřebné vlastnosti závisia vo velkej miere od stavby hraníc zrn týchto ocelí, závisí na nich odpor proti plastickej deformácii, relaxačně javy, korozně chovanie, najma odolnost proti medzikryštálovej korózii.

Uvedené nedostatky na poli exploatácie stabilizovaných ocelí sa odstraňuje v smere ich reštitúcie podl'a vynálezu, tj. sposobom tvorenia ďalšieho životnostného cyklu dielcov vyrobených zo stabilizovaných austenitických ocelí. Postup je zameraný na typová skupinu charakterizovaná podlá skladby v % hmot.: uhlík max. 0,11 °/o, chróm 19 až 23 %, nikel 30—34 %, hliník 0,15—0,6 %, titán 0,15—0, 6%, mangán 1,6 % max., křemík 1,0 % max. fosfor 0,03 % max. síra 0,02 % max. Dielce sa najmenej v jednom stupni žíhajú a potom ochladzujú na teplotu okolia.

Sposob podlá vynálezu sa v prvom stupni vyznačuje tým, že dielce sa vyhrejú na teplotu v oblasti 1 060 °C — 1140 °C, na ktorej sa ponechajú po dobu 20 — 180 minút a potom sa ochladia na teplotu okolia vodou, zložité dielce v oleji alebo na vzduchu. Rýchlosí vyhrievania dielcov sa udržuje v rozmedzí 30 — 70 °C . h^_1, t.j. ako pre vysokolegované ocele je obvyklé. Teplota vo vymedzenej oblasti a výdrž na nej sa stanoví experimentálně na vzorkách z posudzovaného materiálu, tiež so zretelom na velkost zrna.

V případe potřeby zvýšit odolnost stabilizovanej ocele proti medzikryštálovej korózii sa dielce podlá vynálezu podrobia tepelnému spracovaniu v ďalšom stupni; druhý stupeň sa vyznačuje tým, že dielce sa vyhrejú na teplotu v oblasti 850 — 950 °C, na ktorej sa ponechajú po dobu 90—240 minút a potom sa ochladia na teplotu okolia, zložité dielce v oleji, připadne na vzduchu.

Druhý stupeň tepelného spracovania podlá vynálezu je možné v obdobnom usporiadaní robit, prevažne pre ocele s pomerom stabilizačného prvku k uhlíku pod 5 v případe titánu, pod 10 v případe niobu, i na nižšej teplotnej úrovni, a to v oblasti 760 až 800 °C s výdržou na teplote 2—6 h.

Na uvedené žíhanie v teplotnej oblasti 760—800 °C může naviazať ďalšie žíhanie, ktoré opat prispeje k zvýšeniu odolnosti stabilizovanej ocele proti medzikryštálovej korózii, takže v tomto usporiadaní má druhý stupeň spracovania podlá vynálezu toto členenie: dielce sa vyhrejú na teplotu v oblasti 760—800 °C, na ktorej sa ponechajú po dobu 2—6 h, potom sa přerušením ohřevu ochladia v peci na teplotu 630—670 °C a pri tejto teplote sa žíhajú 2—4 h, nato sa opáť přerušením ohřevu ich teplota znižuje a pri 500°C sa dielce vyberú z pece a ponechajú vonku na vzduchu ochladit na teplotu okolia.

Postupom podlá vynálezu sa po ukončení životnosti stabilizované]' ocele obnovuje jej zvaritelnosť, t.j. obnovený konštrukčný materiál nie je náchylný na praskanie a je opat zaručená kovová súvislosť so zvarom, takže zvarované miesta vykazujú potřebné charakteristiky v pevnosti, húževnatosti, v odolnosti proti tečeniu, proti opálu a korózii, rovnako ako základný materiál. Objavuje sa, že po stránke reštitúcie zvaritelnosti a žiarupevnosti stabilizovanej ocele, je základ daný jednostupňovým tepelným spracovaním.

Viacstupňovým spracovaním sa pře stabilizovanú ocel' zvyšuje hodnota minimálnej indukčnej doby pre vznik náchylnosti k medzikryštálovej korózii v kritickej oblasti teplot; po dvojstupňovom spracovaní překročí tento ukazovatel' hodnotu 10 h, pričom po aplikácii dvojúrovňového žíhania v druhom stupni překročí hodnotu 100 h.

Vedla uvedených výsledkov sa riešenie podlá vynálezu odlišuje od spomenutých riešení pre niklové zliatiny 1 členěním stupňov tepelného spracovania; možnost realizovat reštitúciu v jedinom stupni prináša úspory nielen v energii, ale i v manipulácii s materiálom, náročnej v případe velkých aparátov. Celkove je tu významná i úspora časová a tomu ekvivalentně zmenšenie strát vo výrobnej jednotke, pre ktorú sa aparáty z týchto ocelí reštituujú.

Ako příklad konkrétného prevedenia postupu podlá vynálezu slúži spracovanie dielcov z radiačnej sekcie pece dealkylačnej jednotky, tzn. materiál charakterizovaný podlá skladby v % hmot.: uhlík 0,1; křemík 1,0; mangán 1,5; fosfor 0,03; síra 0,02; chróm 21; nikel 32; hliník 0,6; titán 0,6. Zariadenie o hmotnosti 16 150 kg je tvořené súborom priamych rúr, kde každá má dížku 10 970 mm, priemer 141 mm a hrůbku steny 15,9 mm. Kumulovaným působením jednotlivých mechanizmov poškodení došlo ku vzniku mikro a makrotrhlín na kolenách v oblasti zvarov a v mieste napojenia rúr na výstupný kolektor; materiál stratil zvariteínost, takže oprava nebola možná. Metalografická analýza výbrusov a elektronomikroskopická analýza na extrakčných replikách zistili intenzívnu precipitáciu karbidickej a intermediárnej fázy. Rozsah poškodenia vylučoval ďalšiu exploatáciu zariadenia, ale nevylučoval spracovanie konštrukčného materiálu podlá vynálezu.

Podlá experimentálně stanovených režimov sa realizovalo tepelné spracovanie. Vzhladom k šírke celého systému bolo nutné tento rozdělit; deliace čiary sa viedli miestami napojenia kolenovitej časti na priamu. Dielce sa vkládali do pece pri tep-, lote cca 320 °C, potom sa rýchlosť ohrievania pohybovala okolo 50°C.h^_1; po dosiahnutí predpísanej teploty 1100 °C nesledovala výdrž 30 minút, potom ochladenie na vzduchu. Po reštitúcii dielcov sa trhlinky na nich opravili zváranim, dielce sa vložili do radiačnej sekcie a tam spojili zvarmi. V obnovenom životnostnom cykle odpracoval konštrukčný materiál už 3 roky a slúži bez závad ďalej.

V ďalšej časti příkladného prevedenia postupu sa vzorka ocele potrubného systému, vyžíhaná v uvedenom prvom stupni pri 1100 stupňov Celsia s výdržou 30 minút, podrobi251460

Ί la v druhom stupni žíhaniu pri 870 ^rC po dobu 2 h a potom sa ochladila na vzduchu. V ukazovateli minimálnej indukčnej doby pre vznik náchylnosti k medzikryštálovej korózil v kritickej oblasti sa prejavili uve děné žíhania takto: hodnota ukazovatela pri prvom stupni nedosahovala 1 h, po druhom překročila 10 h.

V príkladnom převedení postupu so zameraním na ocele s pomerom titánu k uhlíku pod 5 sa spracovali vzorky ocele, charakterizované] podl'a hlavných přísad v °/o hmot.: uhlík 0,07; chróm 21,3; nikel 33,2; hliník 0,2; titán 0,3. Vzorky bolí odobraté z potrubia, ktorého pracovně chody v kritickej oblasti presiahli 4.10⁴ h, a to pri práci v radiačnej sekcii technologickej pece s teplotou okolo 680 °C a pri teplote prechádzajúceho uhlovodíkového média zhruba 515 stupňov Celsia. V prvom stupni sa vzorky ocele žíhali 30 minút při teplote 1100 °C a potom ochladili na vzduchu. V druhom stupni sa urobilo žíhanie 150 minút pri teplote 780 °C (po tomto žíhaní sa dve vzorky vybrali z pece a ochladili na vzduchu), po poklese teploty pece ďalšie žíhanie pri 650 stupňoch Celsia po dobu 3 h; po přerušení ohřevu a poklese teploty na 500 °C sa vzorky vybrali z pece a ochladili na vzduchu. V ukazovateli minimálnej doby pre vznik náchylnosti k medzikryštálovej korózil v kritickej oblasti vykázali takto spracované vzorky nasledujúce hodnoty: po jednostupňovom vyžíhaní hodnotu menšiu než 1 h, po vyžíhaní pri 780 °C hodnota překročila 10 h, po vyžíhaní pri 650 °C překročila 100 hodin.

Pri výbere dielcov pre aplikáciu tohoto reštitučného postupu je obmedzujúcou podmienkou to, že restituované možu byť také dielce, v ktorých pri prevádzkovom využití ešte nedošlo k vytvoreniu vnútorných diskonuít v celom objeme a v ktorých poškodenie creepovýni mechanizmom nedospělo do íretieho stádia; pri výskyte kontaminovaného povrchu dielca móže byť nutné odstrániť povrchová vrstvu, z ktorej by pri tepelnom spracovaní mohli difundovat nečistoty do hlbších vrstiev, ako uhlík, síra, dusík a pod.

Postup podía vynálezu je možné aplikovat v širokom uplatnění v priemysle chemickom, petrochemickom, hutníckom, potravlnárskom, farmaceutickom a v energetike s cieIom reštitúcie aparátov z týchto vysokolegovaných ocelí.

Claims (4)

1. PREDMET

   1. Sposob tvorenia ďalšieho životnostného cyklu dielcov vyrobených zo stabilizovaných austenitických ocelí, obsahujúcich v hmotnosti max. 0,11 % uhlíka, 19 až 23 % chrómu, 30 až 34 % niklu, 0,15 až 0,6 % hliníka, 0,15 až 0,6 % titánu, max. 1,6 % mangánu, max. 1,0 % kremíka, max. 0,03 % fosforu a max. 0,02 % síry, pričom dielce sa najmenej v jednom stupni žíhajú a potom ochladzujú na teplotu okolia, vyznačený tým, že dielce sa vyhrejú na teplotu 1 060 až 1140 °C, na ktorej sa ponechajú po dobu 20 až 180 minút a potom sa ochladia na teplotu okolia vodou, připadne v oleji alebo na vzduchu.
2. 2. Sposob tvorenia ďalšieho životnostného cyklu dielcov podía bodu 1, vyznačený tým, že v druhom stupni žíhania sa dielce vyhrejú na teplotu 850 až 950 °C, na ktorej sa ponechajú po dobu 90 až 240 minút a potom sa

   VYNÁLEZU ochladia na teplotu okolia vodou, připadne v oleji alebo na vzduchu.
3. 3. Sposob tvorenia ďalšieho životnostného cyklu dielcov podía bodu 1, vyznačený tým, že v druhom stupni žíhania sa dielce vyhrejú na teplotu 760 až 800 °C, na ktorej sa ponechajú po dobu 2 až 6 hodin a potom sa ochladia na teplotu okolia vodou, připadne v oleji alebo na vzduchu.
4. 4. Spósob tvorenia ďalšieho životnostného cyklu dielcov podía bodu 1, vyznačený tým, že v druhom stupni žíhania sa dielce vyhrejú na teplotu 760 až 800 °C, na ktorej sa ponechajú po dobu 2 až 6 hodin, potom přerušením ohřevu v peci sa ochladia na teplotu 630 až 670 °C a pri tejto teplote sa žíhajú 2 až 4 hodiny, nato sa ich teplota znižuje a pri 500 °C sa dielce vyberú z pece a na vzduchu ochladia na teplotu okolia.