Оцінювання деградації сталей парогонів за їх структурними, механічними та електрохімічними характеристиками
Показано, що внаслідок нерівномірного напружено-деформованого стану металу у різних зонах (розтягнутій, нейтральній, стиснутій) згинів парогонів зі сталей 12Х1МФ та 15Х1М1Ф трансформація структури і розвиток пошкоджуваності за експлуатаційних умов протікають з різною інтенсивністю. Встановлено, що с...
Saved in:
| Published in: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135342 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оцінювання деградації сталей парогонів за їх структурними, механічними та електрохімічними характеристиками / О.П. Осташ, О.В. Вольдемаров, П.В. Гладиш, А.Д. Івасишин // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 3. — С. 5-12. — Бібліогр.: 13 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859673986582970368 |
|---|---|
| author | Осташ, О.П. Вольдемаров, О.В. Гладиш, П.В. Івасишин, А.Д. |
| author_facet | Осташ, О.П. Вольдемаров, О.В. Гладиш, П.В. Івасишин, А.Д. |
| citation_txt | Оцінювання деградації сталей парогонів за їх структурними, механічними та електрохімічними характеристиками / О.П. Осташ, О.В. Вольдемаров, П.В. Гладиш, А.Д. Івасишин // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 3. — С. 5-12. — Бібліогр.: 13 назв. — укp. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| description | Показано, що внаслідок нерівномірного напружено-деформованого стану металу у різних зонах (розтягнутій, нейтральній, стиснутій) згинів парогонів зі сталей 12Х1МФ та 15Х1М1Ф трансформація структури і розвиток пошкоджуваності за експлуатаційних умов протікають з різною інтенсивністю. Встановлено, що стандартні механічні характеристики, передбачені чинними нормативними документами, виявляють слабу чутливість (знижуються в 1,03–1,24 рази) до мікроструктурних перетворень та накопичення пошкоджень за умов повзучості цих сталей. Фазовий склад та мікроструктура сталей парогонів істотно впливають на їх електрохімічну поведінку, зокрема, швидкість репасивації свіжоутвореної поверхні Vr. За зростання бала деградації перлітного складника від 3 до 5 і бала мікропошкоджуваності від 2 до 3 сталі 15Х1М1Ф значення Vr знижується більше ніж у двічі, а для сталі 12Х1МФ за такої ж деградації перлітного складника і зростання бала мікропошкоджуваності від 2 до 5 – майже в 4 рази.
Показано, что вследствие неравномерного напряженно-деформированного состояния металла гибов паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф в различных зонах (растянутой, нейтральной, сжатой) процессы трансформации структуры и развития повреждаемости в условиях эксплуатации протекают с разной интенсивностью. Установлено, что стандартные механические характеристики, предусмотренные действующими нормативными документами, выявляют слабую чувствительность (снижаются в 1,03–1,24
12
раза) к микроструктурным превращениям и накоплению повреждений в условиях ползучести сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф. Изменения фазового состава и микроструктуры сталей паропроводов существенно влияют на их электрохимическое поведение, в частности, на скорость репассивации свежеобразованной поверхности Vr. При увеличении балла деградации перлитной составляющей от 3 до 5 и балла микроповреждаемости от 2 до 3 стали 15Х1М1Ф значение Vr понижается более чем в 2 раза, а для стали 12Х1МФ при такой же деградации перлитной составляющей и увеличении балла микроповреждаемости от 2 до 5 – почти в 4 раза.
It is shown, that the processes of structure transformation and damage evolution under service conditions passes with different intensity as a result of nonuniform stressstrain state of the bends of 12Х1МФ and 15Х1М1Ф steel pipelines in different zones (tensile, middle, compressed). It is established, that standard mechanical properties, provided by current normative documents, exhibit weak sensitivity (decrease in 1.03–1.24 times) to the processes of the microstructure change and damage accumulation under creep condition of 12Х1МФ and 15Х1М1Ф steels. Phase composition and microstructure change of pipeline steels has a significant influence on their electrochemical behavior, in particular the fresh surface repassivation rate Vr. The value of Vr decreases more than 2 times for 15Х1М1Ф steel, when pearlite component degradation number increases from 3 to 5 and microdamage number increases from 2 to 3, and almost 4 times for 12Х1МФ steel, when pearlite component degradation number is the same and microdamage number increases from 2 to 5.
|
| first_indexed | 2025-11-30T14:45:27Z |
| format | Article |
| fulltext |
5
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2010. – ¹ 4. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 620.034.15
ОЦІНЮВАННЯ ДЕГРАДАЦІЇ СТАЛЕЙ ПАРОГОНІВ
ЗА ЇХ СТРУКТУРНИМИ, МЕХАНІЧНИМИ ТА
ЕЛЕКТРОХІМІЧНИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
О. П. ОСТАШ, О. В. ВОЛЬДЕМАРОВ, П. В. ГЛАДИШ, А. Д. ІВАСИШИН
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
Показано, що внаслідок нерівномірного напружено-деформованого стану металу у
різних зонах (розтягнутій, нейтральній, стиснутій) згинів парогонів зі сталей 12Х1МФ
та 15Х1М1Ф трансформація структури і розвиток пошкоджуваності за експлуатацій-
них умов протікають з різною інтенсивністю. Встановлено, що стандартні механічні
характеристики, передбачені чинними нормативними документами, виявляють слабу
чутливість (знижуються в 1,03–1,24 рази) до мікроструктурних перетворень та нако-
пичення пошкоджень за умов повзучості цих сталей. Фазовий склад та мікроструктура
сталей парогонів істотно впливають на їх електрохімічну поведінку, зокрема, швид-
кість репасивації свіжоутвореної поверхні Vr. За зростання бала деградації перлітного
складника від 3 до 5 і бала мікропошкоджуваності від 2 до 3 сталі 15Х1М1Ф значення
Vr знижується більше ніж у двічі, а для сталі 12Х1МФ за такої ж деградації перлітного
складника і зростання бала мікропошкоджуваності від 2 до 5 – майже в 4 рази.
Ключові слова: теплотривкі сталі, структурно-фазова деградація, мікропошкоджу-
ваність, міцність, пластичність, швидкість репасивації свіжоутвореної поверхні.
Надійність та безпечна експлуатація трубопроводів сучасних енергетичних
установок, що працюють під тиском за підвищеної температури, залежать від за-
пасу міцності конструкції та фактичного регламенту тривалої експлуатації. Для
їх об’єктивної оцінки потрібна інформація про напружено-деформований та
структурний стани металу, особливо у місцях концентрації напружень та дефор-
мацій. У практиці діагностування таких об’єктів під час експертиз промислової
безпеки застосовують, в основному, методи дефектоскопії, спрямовані на вияв-
лення порушень цілісності матеріалу та зварних з’єднань, у поєднанні з метало-
графічним аналізом і оцінюванням стандартних короткочасових властивостей за
твердістю металу поверхневих шарів [1, 2].
Як свідчить багаторічний досвід, експлуатаційні пошкодження найчастіше
виникають у зігнутих відводах та зонах, що прилягають до зварних з’єднань. Зги-
ни парогонів ТЕС під час експлуатації, окрім дії стаціонарних (за базових режи-
мів експлуатації) і змінних (пуски та зупинки обладнання) навантажень та вібра-
цій, додатково зазнають впливу циклічних компенсаційних напружень від темпе-
ратурного розширення [3]. У розтягнутій зоні згинів діють вищі напруження, то-
му деформація повзучості та структурні зміни в ній розвиваються випереджаль-
ними темпами порівняно із прямими ділянками труб.
У більшості випадків під час тривалої експлуатації стандартні механічні
властивості теплотривких сталей 12Х1МФ і 15Х1М1Ф змінюються незначно [4, 5],
тому їх структурну деградацію і пошкоджуваність (пороутворення) визначають
за результатами металографічного аналізу поверхонь труб парогонів [1, 2], який
вимагає висококваліфікованого персоналу для статистичної обробки даних, тру-
домісткий і має високу собівартість.
Контактна особа: О. П. ОСТАШ, e-mail: ostash@ipm.lviv.ua
6
Деградація сталей парогонів пов’язана з дифузійним перерозподілом легу-
вальних елементів, розпадом вихідного перліту і утворенням гетерогенної ферит-
но-карбідної структури [4−10]. Через цю гетерогенність змінюються електрохі-
мічні характеристики, що дає можливість оцінювати ступінь деградації сталей за
кореляційними залежностями між їх структурно-фазовим станом і електрохіміч-
ними параметрами, зокрема пасиваційною здатністю [9, 11]. На основі такого
підходу можна створювати нові методики діагностики технічного стану парого-
нів під час тривалої експлуатації.
Нижче подано встановлені залежності мікропошкоджуваності і пасиваційної
здатності сталей від їх структурно-фазового стану в різних зонах згинів тривало
експлуатованих парогонів.
Матеріал та методики досліджень. Оцінювали стан металу з трьох зон зги-
нів (розтягнутої, нейтральної та стиснутої) парогонів діаметром 133 mm і товщи-
ною стінки 16 mm зі сталі 12Х1МФ і діаметром 377 mm та товщиною стінки 45 mm
зі сталі 15Х1М1Ф, які експлуатували за температури 545°С та тиску 14 MPa впро-
довж 175·103 та 237·103 h, відповідно. Стандартні механічні властивості сталей
(границі текучості σ0,2 та міцності σB; відносні видовження δ та звуження ψ) за
короткочасового статичного розтягу визначали на універсальній розривній ма-
шині УМЕ-10ТМ, випробовуючи зразки-смуги (розмір робочої частини 50×10×
×3 mm), вирізані у поздовжньому напрямку.
Кількісний металографічний аналіз структури та електронно-мікроскопічні
дослідження характеру і розмірів мікропошкоджень виконували на поперечних
шліфах за допомогою оптичного мікроскопа NEOPHOT-21 та растрового елек-
тронного Zeiss, EVO 40XVP. При цьому засобами оптичної мікроскопії визнача-
ли середній вміст пор як середню площу, зайняту ними на довільно вибраній час-
тині поверхні. За ланцюжок пор приймали щонайменше три мікропори, відстань
між якими була рівна або близька до розміру самої мікропори. Кількість пор оці-
нювали на п’яти вибраних фрагментах зображень мікроструктури сталей, а се-
редній їх вміст обраховували згідно з нормативним документом [2].
Здатність до регенерації пасивності сталей 12Х1МФ та 15Х1М1Ф у різних
зонах згинів оцінювали за кінетикою електродного потенціалу металу Е в елек-
троліті 75 g/l KCl + 5 g/l лимонної кислоти, згідно з рекомендаціями [12]. Елек-
трохімічні властивості свіжоутвореної поверхні сталей вивчали за зміною потен-
ціалу Е після призупинення оновлення поверхні (інтервал часу вимірювання змі-
ни електрохімічного параметра ∆τ = 20...250 ms). Цього досягали абразивним
руйнуванням захисної оксидної плівки на поверхні металу з допомогою кераміч-
ного елемента зачищення. Зусилля притискання абразивного елемента (30 N) га-
рантувало однакову чистоту поверхні та не впливало на значення початкового
електродного потенціалу Е0 пари метал−середовище [11]. Швидкість регенерації
пасиваційної плівки Vr визначали на основі часової залежності зміни потенціалу
∆E на свіжоутвореній поверхні як тангенс кута нахилу лінійної ділянки кривої у
початковий момент репасивації (Vr = ∆E/∆τ, V/s).
Результати досліджень. Трансформація мікроструктури та пошкоджу-
ваність сталей. Основні структурні складники сталей у вихідному стані такі:
ферит (до 80% площі шліфа) і перліт, співвідношення між якими змінюється під
час тривалого напрацювання [6, 7]. У структурі сталей парогінних труб ТЕС, що
тривало експлуатуються під дією температурно-силових факторів, легувальні
елементи внаслідок дифузійних процесів перерозподіляються. Це зумовлює, з од-
ного боку, збідніння твердого розчину (фериту), а з іншого – розпад перліту і пе-
ретворення у карбідній фазі, що завершується формуванням грубих стійких кар-
бідів (рис. 1).
7
Рис. 1. Мікроструктура (a, b, d, e) і мікропошкоджуваність (c, f) сталей 12Х1МФ (а, b, с)
та 15Х1М1Ф (d, e, f) у різних зонах згинів: а, c, d, f – зона розтягу; b, e – зона стиску;
а, b, d, e − збільшення у 800 разів.
Fig. 1. Microstructure (a, b, d, e) and microdamage (c, f) of 12Х1МФ (a, b, c) and 15Х1М1Ф
(d, e, f) steels in different bend zones: a, c, d, f – tension zone; b, e – compression zone;
a, b, d, e – magnification ×800.
Знеміцнення твердого розчину (рис. 2) можна пов’язати зі збідненням фери-
ту атомами карбідотвірних елементів: молібдену, хрому і ванадію (рис. 3). Хром і
молібден утворюють укрупнені складні карбіди на межах зерен, а у тілі зерна ви-
діляються тонкі карбіди ванадію. Це спричинює знеміцнення мікроструктурних
елементів – тіла зерна та його меж. У найбільш деградованому металі з розтягну-
тої ділянки згину мікротвердість меж зерен, де спостерігаються значні виділення
карбідів, вища, ніж у тіла зерна (рис. 2).
Рис. 2. Зміна мікротвердості сталі
15Х1М1Ф залежно від ступеня деградації
(феритизації) в різних зонах згину
парогону (Cferr. – середній вміст фериту):
� − тіло зерна; � − його межа.
Fig. 2. Microhardness of 15Х1М1Ф steel
versus a degree of degradation (ferritizing)
in different pipeline bend zones
(Cferr. – averaged content of ferrite):
� − grain body; � − grain boundary.
Внаслідок нерівномірного напружено-деформованого стану металу в різних
зонах (розтягнутій, нейтральній, стиснутій) згинів парогонів процеси трансфор-
мації структури і розвитку пошкоджуваності за експлуатаційних умов протіка-
ють з різною інтенсивністю. Високотемпературне напрацювання парогонів акти-
візує розпад в металі зони розтягу перлітного складника: перлітні ділянки мікро-
структури майже зникають та формуються ферит-коагульовані карбіди. Проте
окремі області з перлітними колоніями залишаються на фоні феритно-карбідної
структури аж до граничного терміну експлуатації парогонів (табл. 1). У результаті
у зоні розтягу карбіди виділяються інтенсивніше, особливо вздовж меж зерен, а
на межі поділу карбід−матриця локалізується пороутворення (рис. 1c, f).
8
Рис. 3. Схема фазових перетворень у твердому розчині фериту та карбідній фазі в
теплотривких сталях за тривалого термомеханічного впливу: І – ферит; ІІ – перліт.
Fig. 3. The scheme of phases transformations in solid solution of ferrite and in carbide phase
of high-resistant steels under long-term thermomechanical effect: І – ferrite; ІІ – pearlite.
Мікропори розміром 0,05...0,2 µm виникають у металі згинів парогонів вже
після такого напрацювання, коли залишкова деформація труби становить ∼0,2%
[6]. Зародження мікропор є структурно залежне, у тілі зерна вони виникають біля
субмеж або на межі матриця−карбід. Осередками інтенсивного пороутворення
служать карбіди, розташовані на стику трьох зерен, тобто в області концентрації
мікронапружень. Під час розвитку повзучості найбільш здатні до росту мікропо-
ри розміщені на межах феритних зерен, тоді як пори в тілі зерна практично зали-
шаються в початковому стані, тобто мають мінімальний “зародковий” розмір. У
зоні розтягу згину зі сталі 12Х1МФ (див. рис. 1с), де нагромадження пошкоджень
структури інтенсивніше, внаслідок росту кількості та розмірів пор формуються їх
ланцюжки, орієнтовані вздовж меж феритних зерен. У сталі 15Х1М1Ф спостерігає-
мо тільки поодинокі пори (рис. 1f), тому для металу різних зон згину парогону зі
сталі 12Х1МФ зафіксовано бал мікропошкоджуваності від 2 до 5, а зі сталі
15Х1М1Ф – від 2 до 3 (табл. 1).
Результати короткочасових статичних випроб за одновісного розтягу зраз-
ків металу, вирізаних з трьох зон згинів парогонів, свідчать, що стандартні меха-
нічні характеристики сталей (передбачені чинним нормативним документом [1])
мало змінюються залежно від ступеня їх деградації. Порівнюючи відносну їх змі-
ну для розтягнутої і стиснутої зон згинів (табл. 1), виявили, що границі міцності
і текучості обох сталей зменшуються у 1,03−1,04 і 1,20−1,24 рази, відповідно, за
практично незмінної пластичності; твердість знижується в 1,06−1,09 рази, тоді як
вміст перліту зменшується більш як у 2 рази, а вміст пор зростає у 3−6 разів.
Оцінка ступеня деградації теплотривких сталей за їх пасивувальною
здатністю. Як відомо, під час тривалої експлуатації таких сталей твердий роз-
чин у результаті перерозподілу легувальних елементів між феритом та карбідами
розпадається. У хромомолібденованадієвих сталях ступінь трансформації мікро-
структури та вміст легувальних елементів у карбідах є критерії деградації та за-
лишкової довговічності металу парогонів [4].
Внаслідок істотних мікроструктурних змін у сталях, пов’язаних з термоме-
ханічним старінням (виділенням складних карбідних фаз), підвищується струк-
турна і, відповідно, електрохімічна гетерогенність матеріалу. Тому зміна співвід-
ношення площ поверхонь поділу під час виділення та формування нових фаз, по-
рушення цілісності або навіть можливе руйнування захисних оксидних плівок
можуть суттєво змінити кінетику електродних реакцій.
9
10
Зростання кількості карбідів під час деградації сталей, враховуючи вказану
схему розпаду перліту (рис. 3), супроводжується збільшенням вмісту Cr i Mo у
цих карбідах [4, 6]. Показано [9], що це суттєво впливає на анодне розчинення
сталі 12Х1МФ і пасиваційні процеси на її поверхні. Виявлено також [9], що паси-
ваційний вплив сполук Cr і Mo послаблюється зі зміною мікроструктури сталі від
1 до 6 бала шкали деградації перлітного складника [2]. При цьому потенціал па-
сивації Ер зростає в 1,97 рази, а струм пасивації ір − в 1,6 рази [9]. Недоліком та-
кого підходу може бути обумовленість отриманих результатів впливом поверхне-
вої оксидної плівки і забруднення контрольованої поверхні під час вимірювань
електрохімічних параметрів на промислових об’єктах.
Подібні тенденції зв’язку електрохімічних параметрів і фазового складу от-
римано для деградованої сталі 15Х1М1Ф, коли електрохімічним параметром ви-
брали швидкість репасивації свіжоутвореної поверхні Vr [11], що усувало вплив
оксидних плівок на поверхні металу. Аналіз даних, одержаних за цією методи-
кою для деградованих сталей 12Х1МФ і 15Х1М1Ф, показує, що для металу різ-
них зон згинів парогонів значення Vr суттєво змінюються (табл. 2).
Таблиця 2. Швидкість репасивації сталей 12Х1МФ та 15Х1М1Ф
у різних зонах згинів тривало експлуатованих парогонів
Сталь Зона згину Швидкість репасивації Vr, V/s
Розтягнута 0,049
Нейтральна 0,140 12Х1МФ
Стиснута 0,178
Розтягнута 0,087/0,182
Нейтральна 0,154/0,288 15Х1М1Ф
Стиснута 0,182/0,341
Примітка: в чисельнику – дані, отримані в інтервалі часу ∆τ = 100 ms вимірювання зміни
електродного потенціалу; в знаменнику – ∆τ = 250 ms [11].
Пасиваційна дія на метал присутніх у твердому розчині легувальних елемен-
тів проявляється сильніше у стиснутій зоні. З перетворенням мікроструктури від
3 до 5 бала (див. табл. 1) за переходу від стиснутої зони до розтягнутої, тобто зі
зменшенням вмісту легувальних елементів у фериті, вищезгаданий пасивуваль-
ний вплив сполук Cr та Mo в обох сталях послаблюється (табл. 2). Крім цього,
сталь 12Х1МФ у розтягнутій зоні згину має значно меншу швидкість репасивації
Vr за вищого бала мікропошкоджуваності проти сталі 15Х1М1Ф. У стиснутій зоні
згинів ці сталі за однакових балів деградації перлітного складника і мікропошко-
джуваності (табл. 1) мають сумірні значення Vr (табл. 2).
Треба зауважити, що величина Vr залежить від часу вимірювання зміни
електродного потенціалу в початковий момент репасивації (наприклад, коли
∆τ = 100 і 250 ms), хоча якісні тенденції зміни Vr зберігаються (див. табл. 2).
Вважають, що інформативність параметра Vr тим вища, що менший інтервал ча-
су ∆τ [13]. Аналіз даних за різних значень ∆τ показав, що для теплотривких ста-
лей 12Х1МФ і 15Х1М1Ф оптимальним є інтервал часу ∆τ = 100 ms, що забезпе-
чує можливість аналізу початкових стадій репасивації, а також підвищену чутли-
вість параметра Vr.
Отримані закономірності свідчать, що різний напружено-деформований стан
металу в зонах згинів обумовлює і різний ступінь виродження перлітного склад-
ника, частка якого у структурі сталей корелює з рівнем показника швидкості ре-
пасивації свіжоутвореної поверхні Vr, який монотонно зменшується внаслідок
структурно-фазової деградації сталей (рис. 4).
11
Рис. 4. Зміна швидкості репасивації сві-
жоутвореної поверхні Vr (�, �) та вміс-
ту пор (�, �) залежно від фазового
складу деградованих сталей 12Х1МФ
(�, �) та 15Х1М1Ф (�, �) у різних
зонах згинів парогонів. Цифри у дужках
− бали мікропошкоджуваності (згідно
даних табл. 1):
Cferr.and carb. – середній вміст фериту та
карбідів; Cpearl. – перліту; Cpores – пор.
Fig. 4. The fresh surface repassivation rate, Vr ,, (�, �) and pores content (�, �) versus phase
composition of 12Х1МФ (�, �) and 15Х1М1Ф (�, �) degraded steels in different bend zones
of pipelines. Microdamage numbers according to the datа in Table 1,
are denoted by ciphers in brackets: Cferr.and carb. – averaged content of ferrite and carbides;
Cpearl. – averaged content of pearlite; Cpores – averaged content of pores.
Таким чином, зміна структурно-фазового стану сталей у тривало експлу-
атованих згинах парогонів внаслідок перерозподілу карбідотвірних легуваль-
них елементів і розпаду вихідної феритно-цементитної суміші (перліту чи
сорбіту) сприяє зростанню зумовленого повзучістю пороутворення, яке у ра-
зі формування ланцюжків пор (5 і 6 бали мікропошкоджуваності) призводить
до появи міжзеренних мікротріщин (див. рис. 1c), а в подальшому – до фор-
мування магістральних макротріщин і втрати несучої здатності згину парого-
ну. Оцінювати такий граничний стан металу можна за швидкістю репасивації
Vr (рис. 4). Видно, що за зростання бала деградації перлітного складника від
3 до 5 і бала мікропошкоджуваності від 2 до 3 у сталі 15Х1М1Ф (табл. 1) зна-
чення Vr знижується у 2,09 рази, а для сталі 12Х1МФ за такої ж деградації
перлітного складника і зростання бала мікропошкоджуваності від 2 до 5
(табл. 1) значення Vr зменшується у 3,63 рази. Тобто чутливість параметра Vr
до мікроструктурних перетворень під час деградації теплотривких сталей по-
мітно вища порівняно з вищерозглянутими параметрами Ер та ір [9].
ВИСНОВКИ
Стандартні механічні характеристики, передбачені чинними нормативни-
ми документами, виявляють слабу чутливість до мікроструктурних перетворень
та накопичення пошкоджень за умов повзучості сталей 12Х1МФ і 15Х1М1Ф.
Зміни фазового складу та мікроструктури сталей парогонів під час тривалої ви-
сокотемпературної експлуатації істотно впливають на їх електрохімічну пове-
дінку, зокрема швидкість репасивації свіжоутвореної поверхні Vr, яка для дег-
радованого металу розтягнутої зони згину парогону зі сталі 12Х1МФ майже у
чотири рази нижча проти металу стиснутої зони. Параметр Vr чутливіший до
ступеня деградації сталей парогонів порівняно з відомими електрохімічними
характеристиками Ер та ір, які у подібному випадку змінюються в 1,6−2 рази.
РЕЗЮМЕ. Показано, что вследствие неравномерного напряженно-деформированно-
го состояния металла гибов паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф в различных
зонах (растянутой, нейтральной, сжатой) процессы трансформации структуры и развития
повреждаемости в условиях эксплуатации протекают с разной интенсивностью. Установ-
лено, что стандартные механические характеристики, предусмотренные действующими
нормативными документами, выявляют слабую чувствительность (снижаются в 1,03–1,24
12
раза) к микроструктурным превращениям и накоплению повреждений в условиях ползу-
чести сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф. Изменения фазового состава и микроструктуры ста-
лей паропроводов существенно влияют на их электрохимическое поведение, в частности,
на скорость репассивации свежеобразованной поверхности Vr. При увеличении балла дег-
радации перлитной составляющей от 3 до 5 и балла микроповреждаемости от 2 до 3 стали
15Х1М1Ф значение Vr понижается более чем в 2 раза, а для стали 12Х1МФ при такой же
деградации перлитной составляющей и увеличении балла микроповреждаемости от 2 до
5 – почти в 4 раза.
SUMMARY. It is shown, that the processes of structure transformation and damage evo-
lution under service conditions passes with different intensity as a result of nonuniform stress-
strain state of the bends of 12Х1МФ and 15Х1М1Ф steel pipelines in different zones (tensile,
middle, compressed). It is established, that standard mechanical properties, provided by current
normative documents, exhibit weak sensitivity (decrease in 1.03–1.24 times) to the processes of
the microstructure change and damage accumulation under creep condition of 12Х1МФ and
15Х1М1Ф steels. Phase composition and microstructure change of pipeline steels has a
significant influence on their electrochemical behavior, in particular the fresh surface re-
passivation rate Vr. The value of Vr decreases more than 2 times for 15Х1М1Ф steel, when pear-
lite component degradation number increases from 3 to 5 and microdamage number increases
from 2 to 3, and almost 4 times for 12Х1МФ steel, when pearlite component degradation num-
ber is the same and microdamage number increases from 2 to 5.
1. СОУ-Н МПЕ 40.1.17.401:2004. Нормативний документ. Настанова. Контроль металу і
продовження терміну експлуатації основних елементів котлів, турбін і трубопроводів
теплових електростанцій. Типова інструкція. – К.: ОЕП “ГРІФРЕ”, 2005. – 76 с.
2. СОУ-Н ЕЕ 20.321:2009. Нормативний документ. Металографічні методи дослідження еле-
ментів теплоенергетичного устаткування. Положення. – К.: ОЕП “ГРІФРЕ”, 2009. – 69 с.
3. Нахалов В. А. Надежность гибов труб теплоэнергетических установок. – М.: Энерго-
атомиздат, 1983. – 184 с.
4. Мелехов Р. К., Похмурський В. І. Конструкційні матеріали енергетичного обладнання.
Властивості, деградація. – К.: Наук. думка, 2003. – 373 с.
5. Застосування підходів механіки руйнування до оцінки водневої деградації сталей
нафто- та газопроводів / В. В. Панасюк, Г. М. Никифорчин, О. З. Студент, З. В. Сло-
бодян // Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій / За заг.
ред. О. Є. Андрейківа, Й. Й. Лучка, В. В. Божидарника. – Львів: Каменяр, 2002.
– Вип. 5. – С. 537–546.
6. Крутасова Е. И. Надежность метала энергетического оборудования. – М.: Энерго-
издат, 1981. – 236 с.
7. Березина Т. Г., Бугай Н. В., Трунин И. И. Диагностирование и прогнозирование долго-
вечности металла теплоэнергетических установок. – К.: Техніка, 1991. – 118 с.
8. Структурна мікропошкоджуваність сталей парогонів ТЕС / О. П. Осташ, А. І. Кондир,
О. В. Вольдемаров та ін. // Фіз.-хім механіка матеріалів. – 2009. – 45, № 3. – С. 13–22.
9. Артамонов В. В., Артамонов В. П. Оптимизация контроля и технической диагностики
теплоэнергетического оборудования. – Санкт-Петербург: Наука, 2009. – 191 с.
10. Оцінювання впливу зупинок технологічного процесу на зміну технічного стану металу
головних парогонів ТЕС / Г. М. Никифорчин, О. З. Студент, Г. В. Кречковська, А. Д. Мар-
ков // Фіз.-хім механіка матеріалів. – 2010. – № 2. – С. 42–54.
11. Патент України №83614. Спосіб визначення ступеня деградації теплостійких сталей
/ О. П. Осташ, О. В. Вольдемаров, В. М. Учанін, А. Д. Івасишин. – Опубл. 25.07.2008;
Бюл. № 14.
12. ГКД 34.17.403-96 Химический и физико-химический фазовые анализы металла энергообо-
рудования электростанций. Методические указания. – К.: НИИ энергетики, 1996. – 66 с.
13. Вплив корозивного середовища на втомну довговічність деградованих алюмінієвих
сплавів типу Д16 і В95 / О. П. Осташ, І. М. Андрейко, Ю. В. Головатюк та ін. // Фіз.-
хім. механіка матеріалів. – 2008. – 44, № 5. – С. 75–84.
Одержано 30.04.2010
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-135342 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0430-6252 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-30T14:45:27Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Осташ, О.П. Вольдемаров, О.В. Гладиш, П.В. Івасишин, А.Д. 2018-06-15T04:53:57Z 2018-06-15T04:53:57Z 2010 Оцінювання деградації сталей парогонів за їх структурними, механічними та електрохімічними характеристиками / О.П. Осташ, О.В. Вольдемаров, П.В. Гладиш, А.Д. Івасишин // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 3. — С. 5-12. — Бібліогр.: 13 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135342 620.034.15 Показано, що внаслідок нерівномірного напружено-деформованого стану металу у різних зонах (розтягнутій, нейтральній, стиснутій) згинів парогонів зі сталей 12Х1МФ та 15Х1М1Ф трансформація структури і розвиток пошкоджуваності за експлуатаційних умов протікають з різною інтенсивністю. Встановлено, що стандартні механічні характеристики, передбачені чинними нормативними документами, виявляють слабу чутливість (знижуються в 1,03–1,24 рази) до мікроструктурних перетворень та накопичення пошкоджень за умов повзучості цих сталей. Фазовий склад та мікроструктура сталей парогонів істотно впливають на їх електрохімічну поведінку, зокрема, швидкість репасивації свіжоутвореної поверхні Vr. За зростання бала деградації перлітного складника від 3 до 5 і бала мікропошкоджуваності від 2 до 3 сталі 15Х1М1Ф значення Vr знижується більше ніж у двічі, а для сталі 12Х1МФ за такої ж деградації перлітного складника і зростання бала мікропошкоджуваності від 2 до 5 – майже в 4 рази. Показано, что вследствие неравномерного напряженно-деформированного состояния металла гибов паропроводов из сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф в различных зонах (растянутой, нейтральной, сжатой) процессы трансформации структуры и развития повреждаемости в условиях эксплуатации протекают с разной интенсивностью. Установлено, что стандартные механические характеристики, предусмотренные действующими нормативными документами, выявляют слабую чувствительность (снижаются в 1,03–1,24 12 раза) к микроструктурным превращениям и накоплению повреждений в условиях ползучести сталей 12Х1МФ и 15Х1М1Ф. Изменения фазового состава и микроструктуры сталей паропроводов существенно влияют на их электрохимическое поведение, в частности, на скорость репассивации свежеобразованной поверхности Vr. При увеличении балла деградации перлитной составляющей от 3 до 5 и балла микроповреждаемости от 2 до 3 стали 15Х1М1Ф значение Vr понижается более чем в 2 раза, а для стали 12Х1МФ при такой же деградации перлитной составляющей и увеличении балла микроповреждаемости от 2 до 5 – почти в 4 раза. It is shown, that the processes of structure transformation and damage evolution under service conditions passes with different intensity as a result of nonuniform stressstrain state of the bends of 12Х1МФ and 15Х1М1Ф steel pipelines in different zones (tensile, middle, compressed). It is established, that standard mechanical properties, provided by current normative documents, exhibit weak sensitivity (decrease in 1.03–1.24 times) to the processes of the microstructure change and damage accumulation under creep condition of 12Х1МФ and 15Х1М1Ф steels. Phase composition and microstructure change of pipeline steels has a significant influence on their electrochemical behavior, in particular the fresh surface repassivation rate Vr. The value of Vr decreases more than 2 times for 15Х1М1Ф steel, when pearlite component degradation number increases from 3 to 5 and microdamage number increases from 2 to 3, and almost 4 times for 12Х1МФ steel, when pearlite component degradation number is the same and microdamage number increases from 2 to 5. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Оцінювання деградації сталей парогонів за їх структурними, механічними та електрохімічними характеристиками Оценка деградации сталей парогонов по их структурным, механическим и электрохимическим характеристикам Assessment of degradation of the steel of pipelines by their structural, mechanical and electromechanical characteristics Article published earlier |
| spellingShingle | Оцінювання деградації сталей парогонів за їх структурними, механічними та електрохімічними характеристиками Осташ, О.П. Вольдемаров, О.В. Гладиш, П.В. Івасишин, А.Д. |
| title | Оцінювання деградації сталей парогонів за їх структурними, механічними та електрохімічними характеристиками |
| title_alt | Оценка деградации сталей парогонов по их структурным, механическим и электрохимическим характеристикам Assessment of degradation of the steel of pipelines by their structural, mechanical and electromechanical characteristics |
| title_full | Оцінювання деградації сталей парогонів за їх структурними, механічними та електрохімічними характеристиками |
| title_fullStr | Оцінювання деградації сталей парогонів за їх структурними, механічними та електрохімічними характеристиками |
| title_full_unstemmed | Оцінювання деградації сталей парогонів за їх структурними, механічними та електрохімічними характеристиками |
| title_short | Оцінювання деградації сталей парогонів за їх структурними, механічними та електрохімічними характеристиками |
| title_sort | оцінювання деградації сталей парогонів за їх структурними, механічними та електрохімічними характеристиками |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135342 |
| work_keys_str_mv | AT ostašop ocínûvannâdegradacíístaleiparogonívzaíhstrukturnimimehaníčnimitaelektrohímíčnimiharakteristikami AT volʹdemarovov ocínûvannâdegradacíístaleiparogonívzaíhstrukturnimimehaníčnimitaelektrohímíčnimiharakteristikami AT gladišpv ocínûvannâdegradacíístaleiparogonívzaíhstrukturnimimehaníčnimitaelektrohímíčnimiharakteristikami AT ívasišinad ocínûvannâdegradacíístaleiparogonívzaíhstrukturnimimehaníčnimitaelektrohímíčnimiharakteristikami AT ostašop ocenkadegradaciistaleiparogonovpoihstrukturnymmehaničeskimiélektrohimičeskimharakteristikam AT volʹdemarovov ocenkadegradaciistaleiparogonovpoihstrukturnymmehaničeskimiélektrohimičeskimharakteristikam AT gladišpv ocenkadegradaciistaleiparogonovpoihstrukturnymmehaničeskimiélektrohimičeskimharakteristikam AT ívasišinad ocenkadegradaciistaleiparogonovpoihstrukturnymmehaničeskimiélektrohimičeskimharakteristikam AT ostašop assessmentofdegradationofthesteelofpipelinesbytheirstructuralmechanicalandelectromechanicalcharacteristics AT volʹdemarovov assessmentofdegradationofthesteelofpipelinesbytheirstructuralmechanicalandelectromechanicalcharacteristics AT gladišpv assessmentofdegradationofthesteelofpipelinesbytheirstructuralmechanicalandelectromechanicalcharacteristics AT ívasišinad assessmentofdegradationofthesteelofpipelinesbytheirstructuralmechanicalandelectromechanicalcharacteristics |