Способ восстановления изделий из низкоуглеродистой перлитной стали после эксплуатации



Способ восстановления изделий из низкоуглеродистой перлитной стали после эксплуатации
Способ восстановления изделий из низкоуглеродистой перлитной стали после эксплуатации

 

C21D1/78 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2559598:

Акционерное общество " Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт энергетических технологий "АТОМПРОЕКТ" (АО "АТОМПРОЕКТ") (RU)

Изобретение относится к технологии термической обработки. Для повышения хладостойкости и снижения коробления изделия осуществляют его восстановительный отпуск при температуре 450±10°С с выдержкой от 3 до 7 часов с последующим охлаждением на воздухе, при этом нагрев изделия в диапазоне температур от 100 до 450°С ведут со скоростью до 50°С/час.2 пр., 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии восстановления путем термической обработки изделий из низкоуглеродистых перлитных сталей, используемых в атомной энергетике после их длительной эксплуатации.

Известно, что в условиях длительной эксплуатации в металле конструкций оборудования атомных электростанций (далее - АЭС), выполненных из низкоуглеродистых перлитных сталей, происходит ряд структурных превращений, а также развитие микропор по границам зерен, что приводит к снижению служебных свойств металла и его последующему разрушению.

В связи с этим встает вопрос либо о необходимости замены, либо регенерации служебных свойств этих элементов, многие из которых к настоящему времени отработали расчетный срок службы.

Поэтому становится актуальной задача разработки способов восстановления структуры и свойств отработавшего металла, что позволило бы продлить сроки службы оборудования без дополнительных затрат металла.

На качество материалов оказывают влияние внутренние параметры (структура, химический состав, дефекты, остаточные напряжения) и внешние условия (температура, активность окружающей среды, давление).

Поэтому, изменяя эти параметры и условия, можно управлять качеством материалов.

Термическая (тепловая) обработка состоит в изменении структуры металлов и сплавов путем нагревания их и последующего охлаждения с той или иной скоростью; при этом достигаются существенные изменения свойств при том же химическом составе сплава.

Для изделий атомной энергетики, эксплуатируемых при температурах 350-450°C, основными факторами, приводящими к снижению механических свойств, являются тепловое и радиационное охрупчивание.

Известен способ восстановления свойств материала корпусов энергетических реакторов, включающий нагрев до температуры, превышающей температуру эксплуатации, выдержку в течение 1-10 часов и охлаждение (см. патент RU №2081187, G21D 1/78, 1997).

Недостатком известного способа является то, что нагрев осуществляют при температуре, превышающей 500-580°C. При данной температуре происходит интенсивный процесс выделения карбидов, приводящий материал к охрупчиванию.

Известен также способ восстановления физико-механических свойств металла корпуса реактора, включающий нагрев, выдержку в течение заданного времени и охлаждение воздухом (см. патент RU №2084544, G21D 1/78, 1997).

Недостатками известного способа являются нагрев до температуры 460-990°C, а также сложность осуществления, связанная с последовательным локальным нагревом отдельных участков и возникновением вследствие этого нежелательных внутренних напряжений.

В подогревателях высокого давления, коллекторах и трубопроводах влияние радиационного фактора незначительно, основное воздействие на снижение вязкопластических свойств (далее - хладостойкости) перлитных сталей дает тепловое охрупчивание из-за выделений карбидов цементитного типа.

Известен способ восстановительной термической обработки полых деталей паропроводов из перлитных сталей и их сварных стыков, включающий циклический нагрев и охлаждение ниже точки перлитного превращения (см. патент RU №2074897, G21D 9/08, G21D 1/68, 1997).

Недостатком известного способа является нагрев при температуре 1000°С с выделением карбидов, приводящий материал к охрупчиванию.

Известен способ термической обработки изделий из низкоуглеродистых перлитных сталей, включающий проведение последующего высокого отпуска с быстрым охлаждением в воде (см. Завьялов А.С.«Отпускная и тепловая хрупкость и ее влияние на надежность изделий из конструкционных сталей», Ленинград, ЛДНТП, 1971, стр. 36).

Данный способ позволяет восстанавливать хладостойкость перлитных сталей после их длительной эксплуатации.

Недостатком известного способа является получение невысоких значений хладостойкости, а также повышенное коробление и окисляемость материала.

Известен также способ восстановления хладостойкости низкоуглеродистой перлитной стали, включающий нагрев, выдержку и охлаждение (см. Минц И.И., Ходыкина Л.Е. «Влияние восстановительной термической обработки на структуру и служебные свойства металлов паропроводов», Москва, журнал «Металловедение и термическая обработка», №2, 2009, стр. 40-43).

Данный способ позволяет уменьшить размеры карбидных фаз, устранить пористость металла изделий, длительно эксплуатируемых (сотни тысяч часов) при температуре до 550°C.

Недостатком известного способа является окисляемость материала и повышенное коробление.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ восстановления изделий из низкоуглеродистой перлитной стали после эксплуатации, включающий отпуск путем нагрева, выдержки и охлаждения (см. патент RU №2396361, G21D 1/78, В23Р 6/02, 2010).

Недостатком известного способа является то, что при выдержке в течение 100-150 часов может иметь место выделение хрупких карбидов.

Заявляемый способ решает задачу по восстановлению хладостойкости перлитных сталей энергетического оборудования и трубопроводов АЭС, ТЭЦ после их длительной эксплуатации при температуре от 150 до 350°C.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении значений хладостойкости перлитных сталей энергетического оборудования и трубопроводов АЭС в сочетании со снижением коробления и окисляемости восстановленного материала.

Для достижения указанного технического результата в способе восстановления изделий из низкоуглеродистой перлитной стали после эксплуатации, включающем оптуск путем нагрева, выдержки и охлаждения, согласно изобретению, нагрев под отпуск осуществляют до температуры 450±10°C с выдержкой от 3 до 7 часов и охлаждением на воздухе, при этом нагрев в диапазоне температур от 100 до 450°C ведут со скоростью до 50°C/час.

Исследованиями установлено, что при длительной эксплуатации изделий из перлитных сталей в диапазоне температур от 150 до 350°C, подвергшихся закалке и высокому отпуску, вследствие пресыщения ферритной фазы по углероду происходит первоначально возникновение предвыделений, а затем и выделение мелких карбидов цементитного типа, приводящих к охрупчиванию стали.

При этом за счет различия в параметрах решетки возникают напряжения 2-го рода на границе карбид-матрица. Это облегчает зарождение и распространение трещин при динамическом (ударном) нагружении.

Восстановление хладостойкости стали после длительной эксплуатации в диапазоне температур от 150 до 350°С возможно благодаря проведению восстановительного отпуска при температуре 450±10°С с выдержкой от 3 до 7 часов с последующим охлаждением на воздухе. Существенное отличие от уровня техники обусловлено сочетанием пониженной температуры восстановительного отпуска и низкой скорости нагрева изделия перед восстановительным отпуском.

Низкая скорость нагрева изделий при восстановительном отпуске от 100 до 450°С, не превышающая 50°С/час, вызвана требованием равномерности прогрева элементов конструкции с разной толщиной стенки.

При этом в диапазоне температур 450±10°С происходит коагуляция карбидов цементитного типа, что приводит к восстановлению хладостойкости стали. При температуре ниже 440°С диффузионная подвижность атомов железа затруднена, что снижает степень коагуляции карбидов цементитного типа. Повышение температуры восстановительного отпуска свыше 460°С, а также увеличение длительности отпуска свыше 7 часов приводит к выделению мелких тугоплавких карбидов, таких как карбиды хрома, ванадия или ниобия, создающих напряжения на границе карбид-матрица и понижающих хладостойкость стали.

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена таблица 1, в которой представлен химический состав стали марки 10ГН2МФА; на фиг.2 представлена таблица 2, в которой показано влияние режимов термической обработки на хладостойкость стали перлитного класса марки 10ГН2МФА после восстановительного отпуска.

Способ осуществляют следующим образом.

Изделие из перлитной стали после длительной эксплуатации в диапазоне температур от 150 до 350°С сначала нагревают в диапазоне температур 100 до 450°С со скоростью 50°С/час. Затем проводят восстановительный отпуск при температуре 450±10°С с выдержкой от 3 до 7 часов с последующим охлаждением на воздухе.

Способ поясняется следующим примером.

На металлургическом производстве «Ижорский завод» была выплавлена мартеновским способом низкоуглеродистая перлитная сталь марки 10ГН2МФА, химический состав которой приведен в таблице 1 (фиг. 1).

Из этой стали был изготовлен коллектор парогенератора ПГВ-1000 Южно-Украинской АЭС.

Указанную сталь перед эксплуатацией подвергали закалке и высокому отпуску. Материал после такой термической обработки отработал на станции 60 тысяч часов при температурах 250-350°C.

Затем из коллектора были вырезаны заготовки размером 15×15×60 мм, которые были подвергнуты восстановительному отпуску по заявляемому способу.

Восстановительный отпуск осуществляли при температуре 450°C с выдержками 3, 5 и 7 часов, а нагрев заготовок перед отпуском проводили со скоростью 50°C/час.

После восстановительного отпуска образцы охлаждали на воздухе.

Из этих заготовок были изготовлены образцы с острым надрезом для испытаний на ударный изгиб. Образцы были испытаны при температуре -10°C.

Кроме того, оценивали также коробление обечайки коллектора диаметром 4290×145 мм, прошедшего эксплуатационное воздействие при температурах 250-350°C в течение 60 тысяч часов по известному и заявляемому способам. Результаты испытаний представлены в таблице 2 (фиг. 2).

Заявляемый способ обеспечивает коагуляцию карбидов цементитного типа.

Заявляемый способ позволяет восстанавливать изделия из перлитных сталей в составе конструкции, без снижения других механических характеристик, без значимого коробления, поводок и окисления поверхности изделия с последующим исправлением.

Способ восстановления изделий из низкоуглеродистой перлитной стали после эксплуатации, включающий отпуск путем нагрева, выдержки и охлаждения, отличающийся тем, что нагрев под отпуск осуществляют до температуры 450±10°C с выдержкой от 3 до 7 часов и охлаждением на воздухе, при этом нагрев в диапазоне температур от 100 до 450°C ведут со скоростью до 50°C/час.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке магнитотвердых сплавов системы железо-хром-кобальт, используемых при производстве постоянных магнитов.
Изобретение относится к термической обработке углеродистых инструментальных сталей. Способ термической обработки включает закалку сталей с температуры 760-780°C и последующее воздействие на них при комнатной температуре пульсирующего дозвукового воздушного потока частотой 1130-2100 Гц и звуковым давлением 120-140 дБ.

Изобретение относится к оборудованию для термообработки кольцеобразной заготовки. Приспособление для поддержки кольцеобразной заготовки для транспортирования и нагрева ее нагревательным устройством содержит центральный узел, вращающийся приводной механизм, расположенный в центральном узле, и опору для заготовки.

Изобретение относится к восстановительной термической обработке узлов водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР) и направлено на повышение ресурса и обеспечение безопасной эксплуатации реакторов ВВЭР-1000.

Изобретение относится к способу термообработки металлического полосового материала для получения полосового материала, имеющего механические свойства, которые различаются по ширине полосы.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам поверхностного упрочнения с получением закалочных структур. Для повышения износостойкости деталей машин из закаливаемых металлов, преимущественно из железоуглеродистых сплавов, и создания на поверхности детали полностью или частично закаленного поверхностного слоя с однородными свойствами по его толщине инструментом в виде резца, имеющим режущую и деформирующую кромки послойно подрезают поверхностный слой детали с сохранением его механической связи с деталью по своей узкой стороне, при этом пластически деформируют подрезанные слои рабочими поверхностями инструмента, после чего подрезанные слои укладывают на деталь деформирующей кромкой инструмента.

Изобретение относится к способам установления возможности термического совмещения различных конструкционных сталей в плакированных изделиях и может найти применение на предприятиях энергетической отрасли, в проектных и научно-исследовательских организациях при проектировании и изготовлении энергетического оборудования.

Изобретение относится к способам термообработки рабочей поверхности головки рельса для упрочнения рабочих поверхностей путем поверхностной электроконтактной термообработки.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии упрочнения резьбовых преимущественно длинномерных изделий, и может быть использовано для упрочнения метрической резьбы в изделиях, работающих при повышенных нагрузках.

Изобретение относится к области термомеханической обработки сортового горячекатаного калиброванного проката. Для достижения высоких прочностных и пластических характеристик по всему сечению и длине проката осуществляют отжиг калиброванного проката при 770-790°С в течение 3-4 часов, охлаждение с печью до 660-680°С, выдержку 3-4 часа, охлаждение с печью до температуры 140-150°С с выдержкой 1-2 часа, дальнейшее охлаждение на воздухе, первичное волочение со степенью обжатия 17-19%, нагрев в печи с контролируемой атмосферой, патентирование при 440-460°С, вторичное волочение со степенью обжатия 4-5%.

Изобретение относится к области технологических процессов машиностроения, в частности к ремонту блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания. В способе осуществляют выполнение расточки отверстия блока цилиндров двигателя в зоне посадки втулки блока цилиндров с последующей компенсацией образовавшегося зазора между отверстием расточки блока цилиндров и втулкой, в отверстие расточки блока цилиндров устанавливают предварительно охлажденное опорное кольцо, выполненное ступенчатым с большой и малой наружными боковыми сторонами, опорным буртом и нижним торцом, причем опорное кольцо контактирует с блоком цилиндров большой наружной боковой стороной, обеспечивают натяг кольца в пределах 0,236-0,330 мм и оставляют зазор между нижним торцом кольца и блоком цилиндров двигателя не менее 0,1 мм, охлаждение опорного кольца производят в жидком азоте в течение 15-25 мин.
Изобретение может быть использовано для восстановления чугунных рабочих валков с поврежденной в процессе эксплуатации рабочей поверхностью. После механического съема поврежденного слоя производят нагрев валка до температуры 150-270°C.

Изобретение относится к ремонтному производству и может быть использовано для восстановления внутренней поверхности изношенных гильз цилиндров ДВС. Способ включает установку оправки с восстанавливаемой гильзой в герметичную камеру и обжатие гильзы по введенной внутрь нее оправке радиальными по отношению к цилиндрической поверхности гильзы усилиями.

Изобретение относится к области технологических процессов при ремонте металлических конструкций, и в частности при ремонте цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания (ДВС), пример, двигателей КамАЗ.

Изобретение относится к области ремонта корпусных конструкций агрегатов, содержащих элементы с трещинами, в частности к ремонту блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Изобретение относится к области контактной сварки, в частности к области восстановления изношенных валов контактной приваркой стальных проволок. Восстанавливают вал одновременной приваркой двух присадочных проволок с противоположных сторон вала, причем точное их взаиморасположение перед наплавкой обеспечивают при помощи кондуктора с двумя направляющими сквозными отверстиями.

Изобретение относится к области восстановления деталей и может быть использовано при ремонте цилиндра двухтактного двигателя внутреннего сгорания ПД-10М. Восстановление ведут методом внутреннего шлифования в два этапа на внутришлифовальном станке с последующим хонингованием из условия получения дополнительного ремонтного размера D=74,25 мм.

Изобретение относится к способу механической обработки компонентов двигателя внутреннего сгорания посредством изменяющего качество поверхности обрабатывающего инструмента.

Изобретение относится к области восстановления и ремонта металлических изделий и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способам восстановления изношенных поверхностей деталей типа валов. .

Изобретение относится к области упрочняющей термической обработки поверхностного слоя изделий. Способ плазменной термической обработки поверхностного слоя изделий включает нагрев рабочей поверхности изделия аргоновой плазменной дугой прямого действия на токе обратной полярности. Нагрев рабочей поверхности изделия осуществляют в камере, закрывающей плазменную дугу и зону обработки рабочей поверхности изделия от контакта с атмосферой, с обеспечением расширения зоны сканирования катодных пятен по поверхности изделия. Технический результат заключается в упрощении способа при обеспечении повышения качества обрабатываемого поверхностного слоя изделий. 1 пр., 3 ил.
Наверх