Способ восстановительной термической обработки теплоустойчивых сталей

 

СПОСОБ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ с карбидным упрочнением, преимущественно хромомолибденованадиевых ,включающий нормализшдию и высокотемпературный отпуск, о т Jt и чающийся тем, что, с целью увеличения эксплуатационной надежности путем повышения вязкости разрушения , перед нормализацией проводят гoмoгeнизиpyюD ий отжиг при температуре на 10-30°С вьппе температуры растворения карбида ванадия, а нормализацию ведут по общепринятому для данных сталей режиму. S S W

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И)

g(5g С 21 9 1/78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3421509/22-02 (22.) 09.04.82 (46) 23.03. 84. Бюл. I(11 (72) Г.А.Бологов и Т.Ю. Рушиц (71) Уральский филиал Всесоюзного теплотехнического научно-исследовательского института им. Ф.Э.Дзержинского (53) 621 . 785. 79 (088. 8) (56 ) 1. Лан ская К. А. Жаро прочные ст али. М., "Металлургия", 1969, с. 20-28.

2. Куманин В.И., Киселева Т.В.

Восстановительная циклическая термическая обработка теплостойкой стали

12Х! МФ после длительной эксплуатации.

Материалы 2-й конференции "Деформация и разрушение теплостойких сталей и сплавов", N. Об-во "Знания",РСФСР, МДНТИ им. Ф, 3. Дэержинского, 1981, с. 41-45. . 3. Ашихмина A.À. и др. Оптимиза.ция режимов восстановительной терми-. ческой обработки паропроводов из перлитных сталейт "Теплоэнергетика", 1978, У 10, с. 21-25. (54) (57) СПОСОБ ВОССТАНОВИТЕЛЪНОЙ

ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ с карбидным упрочнением, преимущественно хромомолибденованадиевых,включающий нормализацию и высокотемпературный отпуск, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения эксплуатационной надежности путем повышения вязкости разрушения,перед нормализацией проводят гомогенизирующий отжиг при температуре на 10-30 С вьппе температуры растворения карбида ванадия, а нормализацию ведут по общепринятому для данных сталей режиму.

1081

1

Изобретение относится.к машиностроению, преимущественно энергетическому и химическому, и может быть использовано для восстановления свойств металла после длительных сроков службы.

В современном энергомашиностроении для изготовления ответственных деталей, работающих при .повышенных температурах (450-600 С),используют- 10 ся теплоустойчивые стали,легированные сильныии карбидообраэующими элементами, например ванадием. В процессе длительной эксплуатации этих сталей s них происходят изменение структуры и свойств, существенное снижение надежности. Экономически целесообразным признано проведение восстановительной термообработки изделий из этих сталей, а не их замена. 20

Известен способ термической обработки хромомолибденованадиевых теплоустойчивых сталей, включающий нормализацию по общепринятому для данных сталей режиму (нагрев до температуры А +30-50 С, охлаждение на воздухеf и высокотемпературный отпуск (730-750ОС),направленный на повышение прочностных свойств метал-: ла CI ).

Однако известный способ термической обработки не устраняет поврежда емости, которая получена в процессе эксплуатации в условиях ползучести (т.е. микропор).

Известен также способ восстановительной циклической термической обработки теплостойкой стали 12Х1МФ после длительной эксплуатации, включающий многократную перекристаллизацию путем нагрева до 980 и 1150 С о 40 и последующее охлаждение на воздухе или с печью. В результате скорость ползучести на второй стадии снижается на порядок, а работа разрушения возрастает почти в пять раз (23.

45 Однако укаэанный способ включает многократный высокотемпературный нагрев, что экономически неэффективно.

Наиболее близким к предлагаемому но технической сущности и достигае50 мому результату является способ восстановительной термической обработки. г1ерлитных сталей, включающий нормализацию на 30-40 С вьппе нормализации общепринятой для данных стаЛей и высокотемпературный отпуск f33.

В результате восстановительной обработки по известному способу про219 исходит регенерация прочностных свойств металла, а способность его тормозить развитие образовавшейся трещины остается на довольно низком уровне, характерном для эксплуатировавшегося и не восстановленного металла. Это связано с неполным растворением термостойких карбидных частиц VC, выделившихся преимущественно по границам зерен в процессе длительного эксплуатационного старения под напряжением. Температура растворения карбида типа VC превышает 1100 С.

Нормализация с такой температуры приводит к заметному росту зерна и, как следствие этого, снижению ударной вязкости и способности металла препятствовать развитию трещин. В связи с этим возникает опасность хрупкого разрушения при гидравлических испытаниях или в процессе эксплуатации.

Целью изобретения является увеличение эксплуатационной надежности путем повьппения вязкости разрушения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановительной термической обработки тепло устойчивых сталей с карбидным упрочнением, преимущественно хромомолибденованадиевых,включающему нормализацию и высокотемпературный отпуск, перед нормализацией проводят гомогенизирующий отжиг при температуре на 10-30 С выше температуры растворения карбида ванадия, а нормализацию ведут по общепринятому для данных сталей режиму.

Дпя сталей данного класса карбид ванадия является самым термостойким, поэтому температура гомогенизирующего отжига назначается из условия его растворения.

Способ осуществляют следующим образом.

Длительно работавший металл подвергают гомогенизирующему отжигу в лев чи с защитной атмосферой при температуре на 10-30 С выше температуры растворения самого термостойкого карбида, а затем проводят термообработку по общепринятому для исходного состояния режиму

Механические свойства стали в различном состоянии сведены в таблице.

Пример . Контрольные участки паропроводов ф 273х32 мм из стапи марки 12Х1МФ подвергают термической обработке по режиму нормализации и высокого отцуска1таблица,режим 1, поз. 1, .108 l 219 л л с4 сч л

00 л л с л л л со сО

Ю л о л ь

Р ) см л л сч л

<Ь

М сЛ л сО с ) с Ъ л

МЪ сч

0О л

Ю с 3 сч л о с 1 сс! л с ю с 4 л (y 1

v о ь ь. н р и с! о о

Х

Р

Е

1 ко и и

Л о

1 Рч

1 1

1сЧ

3 I

Cs !

0 и б

I 1

I 1

1 1

X и

1 O

10 1 ь4 1 ь!

I сч

1

Й 1 1 !

Э 1 с6 1

m 101

Е 1 Е 1

v I и

81 с1 д I Х 1 о

Гй —

1 F

1 !6

Ф

1 сй

1

Ч и е о е

o z

1 л

u v о ь с в и о

vo.

W л

5 и 4

1!-:

О 1ж о

В

t(Х 6V C6

Ж !0 О л л л сО

«Ф л о ь о ь с

00 оi о о и ю с )

Бй с6 04.

1 с0 Д и с6 V

Е

Р !6 о 1х о

1 сМ и

И

t6

° (а и с6 ю ии

Ю @ca

mO

6j 6! Л

u u и

О О О, И И

1 1

Ю л

I.1

00 1 л

0Л

00 1

Ю л )

Ю л

-u 0

on ро и

uo I с 1 1 ц ф л

6I 3 K

Ol

ZKb I оо!.! и о

Составитель И.Липгарт

Редактор Н. Рогулнч Техред H.Èåòåëåâà Корректор П.Пилипенко

Заказ 1479/23 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 10812

После 100 тыс. ч эксплуатации при

560оС этот металл имеет ферритокарбидную структуру за счет дифференциации перлитных участков. При этом происходит снижение прочности и ударной вязкости, намечается тенденция к снижению пластических свойств, что свидетельствует .о высокой поврежденности металла. Исследования с помощью электронного 10 микроскопа указывают на наличие в нем микронесплошностей (микропор) размером 0,02-0,25 мкм, расположенных преимущественно по границам зерен вблизи крупных карбидных включений. Ко- 15 эффициент запаса прочности металла, т.е, отношение его длительной прочности к уровню действующих в нем рабочих напряжений, снижается с

l,5 до 1,28. 20

Термообработка по режиму 2,принятому на заводах изготовителях {таблица, поз. 3), приводит к повышению прочностных свойств металла,а величина,0 (Характеристика вязкости разру- 25 шения сохраняется практически иа прежнем уровне. Металл имеет ферритоперлнтную структуру с величиной зерна феррита 6-7 бал ГОСТ 5639-65 и довольно крупными выделениями карби- gp ! дов по границам зерен, При электрон, но-микроскопическом исследовании вы1 явлены единичные микропоры.

Термообработка по режиму 3 (таблица, поз.4) приводит к получению

35 ферритоперлитной структуры металла

19 б с величиной зерна 4-5 бал. Значительно сокращается количество крупных карбидных включений по границам зерен. Микропор не выявлено. Как и в предыдущем случае, сохранились высокие значения прочностных свойств.

Величина ар достигает 2, 7 кгм/см характерных для исходного состояния металла с минимально допускаемы ми значениями ударной вязкости. Факто, ром, сдерживающим улучшение вязких свойств металла, является рост зерен.

Термообработка по режиму 4 (таблица, поз.5) позволяет на первой .стадии {гомогеннзации) полностью залечить микропоры ползучести и раство— рить карбидные. выделения, а на второй стадии (нормализации с высоким отпуском) получить благоприятное сочетание прочностных пластических свойств, вязкости разрушения. Величина зерна феррита после термообработки по предлагаемому способу соответствует 6-7 бал.

Таким образом, с помощью предлагаемого способа представляется возможным добиться полного восстановления структуры и служебных свойств металла.

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого способа за счет предотвращения замены труб для паропроводов блока 300 МВт,общий вес которых около 150 т, составляет около 57 тыс. руб.