Перлитная структура

Третья стадия ползучести при испытании образцов из перлитных теплоустойчивых сталей состоит из двух фаз: фазы перехода от второй к третьей стадии и критической фазы. В течение первой переходной фазы число пор размером свыше 1 мкм сохраняется низким. Переход к критической фазе характеризуется возрастанием количества обособленных пор.

Формирование термически устойчивой полигональной субструктуры в растянутых зонах гибов оказывает свое влияние на процесс зарождения пор и развитие разрушения при ползучести. Поскольку преимущественным местом зарождения пор при ползучести перлитных теплоустойчивых сталей являются не только границы зерен, но также и субграницы [9], формирова-

Вынужденные остановы котлов высокого давления происходят чаще всего из-за повреждения труб пароперегревателей, работающих в наиболее тяжелых условиях. Повреждения труб выходной ступени пароперегревателя, исключая начальный период эксплуатации котлоагрегата, когда идет процесс отбраковки труб с дефектами металлургического и заводского происхождения, обусловлены главным образом перегревом стенки трубы до температур, превышающих расчетную. Однако при незначительных запасах жаропрочности перлитных теплоустойчивых сталей, применяемых для пароперегревателей, даже незначительное превышение расчетных температур резко снижает сопротивление ползучести металла и приводит к разрыву труб.

4. Березина Т. Г., Лепехин А. 3. Взаимосвязь процессов деформирования и разрушения при ползучести перлитных теплоустойчивых сталей // Проблемы прочности. 1984. № 7. С. 40—46.

В настоящее время методом автоматической сварки под флюсом свариваются в основном листовые конструкции типа резервуаров из малоуглеродистой или низколегированных сталей. Автоматическая сварка под слоем флюса применяется в заводских условиях при выполнении стыков трубопроводов с поворотом изделия. Автоматическая сварка под флюсом в сочетании со сваркой корневых слоев в защитных газах широко применяется на заводах фирмы «Броун-Бовери» [74] при изготовлении роторов из перлитных теплоустойчивых сталей. В Чехословакии делаются попытки использования электрошлаковой сварки роторов паровых турбин.

Простейшим и обязательным видом контроля готового изделия является осмотр выполненных сварных швов и прилегающего к ним района с целью выявления дефектов в виде трещин, непроваров, подрезов и пр. Для сварных соединений из аустенитных сталей осмотр производится на предварительно прошлифованной и протравленной поверхности швов. В качестве травителя наиболее часто используется реактив Марбле. Травление отполированной поверхности рекомендуется также в ряде случаев и для сварных конструкций из перлитных теплоустойчивых или хромистых сталей.

В рассматриваемой конструкции цилиндра мощной паровой турбины на параметры 580°, 240 ата (фиг. 56) наиболее напряженные узлы: гильзы паровпуска, тройники, сопловые коробки и внутренний цилиндр выполнены из жаропрочной хромистой стали марок 18X11МФБ и ХИЛА, а паропровод и внешний цилиндр — из перлитных теплоустойчивых сталей. Подобное конструктивное решение позволило повысить надежность работы изделия, так как использованные хромистые стали при температуре 580° обладают заметно более высокой жаропрочностью и длительной пластичностью, чем теплоустойчивые перлитные стали, для которых эта температура является предельной. Рассматриваемая конструкция стала возможной в результате проведения большого объема исследовательских и опытно-промышленных работ по освоению сварных соединений хромистых сталей с перлитными. Рекомендации по сварке и оценке работоспособности подобных соединений приведены в п. 5 главы II.

Для деталей относительно простой формы из малолегированных перлитных теплоустойчивых сталей, используемых в установках среднего и высокого давления, рассматриваемые узлы изготавливаются цельнолитыми. Усложнение формы отливки и переход к более легированным сталям приводят к необходимости ее расчленения на относительно простые составные элементы, соединяемые между собой сваркой.

Отличительной особенностью изготовления сварных узлов арматуры, и в первую очередь паровой арматуры высокого давления из литых и кованых элементов, является необходимость сварки деталей с большой толщиной стенок. При выполнении последних из перлитных теплоустойчивых сталей необходимо применение высокого подогрева и, в ряде случаев, немедленного отпуска после сварки. При сварке узлов из аустенитных сталей подогрева не требуется, но термическая обработка после сварки является обязательной.

2. Теплоустойчивые и жаропрочные стали, предназначенные для изготовления деталей, работающих при 500—650° С. Детали, изготовленные из этих сталей, имеют широкую номенклатуру применения в котлах и турбинах тепловых электростанций. Для группы сталей, начиная от сравнительно простых низколегированных перлитных теплоустойчивых и кончая аустенитными в основном типа 18Сг—8Ыь, практически невозможно выделить основной эксплуатационный температурный режим. Однако для многих деталей весьма характерна работа при периодической медленно повышающейся температуре со стороны внешней обогреваемой горячим газом стенки и резком охлаждении со стороны внутренней стенки, омываемой рабочей средой (перегретым паром).

Заметное влияние на длительную пластичность оказывает структура стали и сплава. Для перлитных теплоустойчивых ста-

Неметаллические включения, оксиды и сульфиды в процессе деформации располагаются или в виде разорванных строчек (оксиды), или в виде продолговатых линз (сульфиды) (рис. 155), ориентированных вдоль направления прокатки. Эти включения служат центрами кристаллизации феррита, в результате образуется полосчатая феррито-перлитная структура (рис. 154,в)

Обе эти задачи выполняются обычным полным отжигом (рис. 248), заключающимся в нагреве стали выше верхней критической точки с последующим медленным охлаждением. Феррито-перлитная структура переходит при нагреве в аустенит-ную, а затем при охлаждении аустенит превращается обратно в феррит и перлит, т. е. происходит полная перекристаллизация.

Сказанное выше оотносится к горячекатаной стали. Нормализация не отражается на прочностных свойствах1, но вследствие перекристаллизации фер-рито-перлитная структура измельчается и порог хладноломкости понижается.

•садка ванадия измельчает зерно, а также повышает жаропрочность. После охлаждения изделий на воздухе получается перлитная структура с карбидом М3С, после закалки в масле — мартенсит+бейнит. Обычный режим термической обработки — закалка в масле или нормализация с последующим отпуском (в обоих случаях) при 720—750°С (Act—f76Q°C). Стали перлитного класса, как не содержащие большого количества хрома, естественно, не обладают высокой жаростойкостью и их нельзя применять при температурах выше 550—580°С.

более крупные частицы цементита, чем при распаде мартенсита. Скорость коррозии увеличивается с уменьшением размеров частиц карбида железа. Перлитная структура корродирует быстрее, чем сфероидальная, поэтому и сталь, содержащая мелкодисперсный перлит, обладает меньшей коррозионной устойчивостью, чем зернистая перлитная сталь [33]. Для понимания электрохимического механизма коррозии необходимо иметь представление как о количестве катодных включений цементита, так и об их состоянии. Коррозия протекает с катодным контролем и, следовательно, зависит от водородного перенапряжения и от площади межзерен-ных катодных включений.

В 1979 г. на ОГПЗ отмечались случаи разрушения корпусов 6" шаровых кранов французского производства, работавших на технологических линиях при давлении 6,5 МПа. В месте установки резинового уплотнения между крышкой и корпусом крана на корпусе имелась кольцевая наплавка (структура наплавленного металла — мартенсит). В зоне термического влияния у границы сплавления металл корпуса крана также имел структуру мартенсита. По мере удаления от наплавленного металла наблюдался троостит, далее — фер-ритно-перлитная структура.

жании углерода (С) 0,8% обусловлено спонтанным изменением типа структурных составляющих стали при переходе от доэвтектоидных сталей (С<0,8%) к заэвтоктоидным (С>0,8%). На диаграмме железо-углерод этому переходу отвечает сингулярная точка при 1=727 °С и С=0,8%, при которой устойчивой структурой является закристаллизовавшаяся механическая смесь. Для сталей с С< 0,8% устойчива феррито-перлитная, а с С>0,8% - цементитно-перлитная структура.

Фиг. ,9.: Феррито-перлитная структура железографита. Травлено. X 400.

При изучении углеродистых сталей рассматривают область диаграммы железо—углерод с содержанием до 2,63% С. При этом независимо от того, является ли образец литым, катаным или отожженным, помимо феррита, присутствуют третичный, входящий в состав перлита, и вторичный цементиты. В мягких сортах стали (армко-железо, томасовская и т. д.) встречается преимущественно третичный цементит. Его трудно обнаружить после травления, хорошо выявляющего границы зерен. Это действительно и для сталей с 0,04—0,9% С (доэвтектоидные стали), поскольку перлит представляет собой структурную составляющую, содержащую еще более тонкие по сравнению с ферритом детали. В то время как границы зерен феррита (феррито-перлитная структура) растворами азотной и пикриновой кислот в спирте выявляются хорошо, участки перлита выглядят перетравленными (темными). Это связано с соотношением структурных параметров (например, межпластинчатым расстоянием в перлите), глубиной протрава и в некоторой степени с разностью потенциалов. Оптическое различие обеих фаз, феррита и цементита в перлите имеет обратную зависимость, т. е. глубина протрава становится больше, чем занятое ферритом межцементитное пространство и ширина цементитных пластин. Таким образом, допустимая для микроскопических наблюдений глубина протрава становится больше, чем занятое ферритом межцементитное пространство и ширина цементитных пластин. Таким образом, допустимая для микроскопических наблюдений глубина протрава тем легче превышается, чем дисперснее структура перлита, чем сильнее травитель или чем больше продолжительность травления.

Травитель 66 [40 мл НС1; 5 г СиС12; 25 мл спирта; 30 мл Н2О]. Кестер [64 ] указывал на пригодность этого реактива для микроскопических исследований выделений. Он отмечал, что четкость картины травления повысится, если предварительно протравить образец спиртовым раствором азотной кислоты. Содержание спирта в травителе можно повысить, чтобы добиться еще более мягкого его действия. Нитридные иглы и азотсодержащий эвтектоид окрашиваются в глубокий черный цвет; перлитная структура выявляется совсем незначительно, а феррит травится очень слабо. Продолжительность травления составляет несколько секунд.

Структура отливок из стали 20ХМЛ, в основном, состоит из зерен феррита и 20—30% зерен перлита. В 40% случаев феррито-перлитная структура имеет видманштеттовую ориентацию. Основное влияние на скорость роста трещин оказывает средняя величина зерна. Так, в деталях, поврежденных трещинами, с крупнозернистой структурой (1—3 балл по ГОСТ 5639-82), трещины глубиной 10 мм и более составляет 95% случаев, в то время как в металле с величиной зерна, соответствующей 4—5 баллу, такие трещины наблюдаются лишь в 60% случаев.