Влияние ползучести металла на срок эксплуатации реакторов магниетермического производства титана
Исследовано влияние пластической деформации (ползучести) коррозионностойких сталей 10Х23Н18, 04Х18Н10Т, AISI 321 на уменьшение толщины стенок обечайки, а также интенсификацию коррозионных разрушений. Дана сравнительная оценка применяемых материалов. Показано, что сталь 10Х23Н18 с повышенными характе...
Saved in:
| Published in: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139621 |
| 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: | Влияние ползучести металла на срок эксплуатации реакторов магниетермического производства титана / В.Г. Мищенко, Н.А. Евсеева // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2012. — Т. 48, № 2. — С. 119-122. — Бібліогр.: 7 назв. — pос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859998086722486272 |
|---|---|
| author | Мищенко, В.Г. Евсеева, Н.А. |
| author_facet | Мищенко, В.Г. Евсеева, Н.А. |
| citation_txt | Влияние ползучести металла на срок эксплуатации реакторов магниетермического производства титана / В.Г. Мищенко, Н.А. Евсеева // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2012. — Т. 48, № 2. — С. 119-122. — Бібліогр.: 7 назв. — pос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| description | Исследовано влияние пластической деформации (ползучести) коррозионностойких сталей 10Х23Н18, 04Х18Н10Т, AISI 321 на уменьшение толщины стенок обечайки, а также интенсификацию коррозионных разрушений. Дана сравнительная оценка применяемых материалов. Показано, что сталь 10Х23Н18 с повышенными характеристиками ползучести способствует продлению срока эксплуатации реторт с 35 до 43 циклов.
Применение материалов с повышенными характеристиками ползучести способно продлить срок службы реторт с 35 до 43 циклов. Снижение степени горячей деформации реторт из стали 10Х23Н18 способствовало уменьшению утонения стенок обечайки реторт и замедлению высокотемпературной коррозии на внешней поверхности.
Досліджено вплив пластичної деформації (повзучості) корозійнотривких сталей 10Х23Н18, 04Х18Н10Т, AISI 321 на зменшення товщини стінок обичайки реакторів, а також інтенсифікацію корозійного руйнування. Подано порівняльну оцінку матеріалів, які застосовують для виробництва реторт. Показано, що сталь 10Х23Н18 з підвищеними характеристиками повзучості сприяє продовженню терміну експлуатації реторт з 35 до 43 циклів.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:34:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
119
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2012. – ¹ 2. – Physicochemical Mechanics of Materials
ВЛИЯНИЕ ПОЛЗУЧЕСТИ МЕТАЛЛА НА СРОК ЭКСПЛУАТАЦИИ
РЕАКТОРОВ МАГНИЕТЕРМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА ТИТАНА
В. Г. МИЩЕНКО, Н. А. ЕВСЕЕВА
Запорожский национальный университет
Исследовано влияние пластической деформации (ползучести) коррозионностойких
сталей 10Х23Н18, 04Х18Н10Т, AISI 321 на уменьшение толщины стенок обечайки,
а также интенсификацию коррозионных разрушений. Дана сравнительная оценка
применяемых материалов. Показано, что сталь 10Х23Н18 с повышенными характе-
ристиками ползучести способствует продлению срока эксплуатации реторт с 35 до
43 циклов.
Ключевые слова: реактор, коррозионностойкая сталь, ползучесть, пластическая
деформация, высокотемпературная коррозия, микроструктура.
Решение проблемы повышения срока службы реторт (реакторов), используе-
мых в магниетермическом производстве губчатого титана, в значительной степе-
ни зависит от применяемых для их изготовления материалов [1]. В настоящее
время средняя продолжительность эксплуатации реторт с разной цикловой про-
изводительностью 1000...4000 kg составляет около 35 промышленных циклов не-
прерывного использования. При этом материал реторт в области близкой к зоне
реакции подвергается одновременному влиянию неблагоприятных факторов, ко-
торые приводят к повышенному износу стенок обечайки. На внутреннюю поверх-
ность реторт последовательно воздействуют расплавы хлористого магния (MgCl2),
металлического магния (Mg) и жидкого или парообразного тетрахлорида титана
(TiCl4). Причем наружная стенка подвергается влиянию высокой температуры
1000...1200°С раскаленной воздушной атмосферы печей восстановления и сепа-
рации.
Постановка задачи и результаты исследований. Значительное количество
выполненных научных работ [1–7], которые так или иначе посвящены выбору
материала, не дали положительного результата, а именно, существенного повы-
шения срока службы высокопроизводительных реакторов. Авторы этих работ не
учитывали в полной мере негативного влияния деформации и связанного с этим
разрушения в момент утонения стенок аппаратов при воздействии остальных вы-
шеуказанных факторов. Удлинение аппаратов и одновременное утонение стенок,
вызываемые пластической деформацией, не приводит к необратимым потерям
металла. Таким образом, на утонение стенок негативно влияют: горячая дефор-
мация обечаек реторт, вызываемая совместной нагрузкой массы восстановителя
(Mg) и массы активной части самого реактора; коррозия внутренней и наружной
поверхности реторт с активизацией коррозионных процессов вследствие умень-
шения сечения обечайки на последних циклах эксплуатации. Пластическая де-
формация реакторов, в свою очередь, также активизирует процессы коррозии
сталей на последних циклах эксплуатации аппаратов. Длительная выдержка их
под нагрузкой при высокой температуре приводит к изменению структуры и ме-
Контактная особа: Н. А. ЕВСЕЕВА, e-mail: korskovanat@mail.ru
120
ханических свойств стали, уменьшая пластичность и повышая твердость. В ре-
тортах, изготовленных из стали 04Х18Н10Т, наблюдали [3] резкий рост относи-
тельного удлинения и, соответственно, интенсификации ползучести между 10 и
20 циклами работы, что сопровождалось уменьшением их толщины. В жаростой-
кой стали 10Х23Н18, только после 25 циклов скорость ползучести превышала до-
пустимые пределы [3]. Определение кинетики и механизма разрушения материа-
лов аппаратов изучали металлографическим и дюрометрическим способами. Со-
противление коррозионному разрушению стенок реакторов оценивали по изме-
нению их структуры, толщины и удлинению. Подтвердили [5], что уменьшение
толщины стенки за весь срок эксплуатации зависит не только от необратимой
потери массы с внутренней и внешней поверхности реторт, но и от деформации
(удлинения) (рис.1). Как показали промышленные испытания, реторты, изго-
товленные из стали 10Х23Н18, деформируются практически равномерно по всей
высоте обечайки, и за срок службы их удлинение составляет 82...92 mm, что в
пересчете соответствует уменьшению толщины стенки на 0,6...0,8 mm только за
счет пластической деформации.
Деформация реторт из сталей 04Х18Н10Т и AISI 321 (05Х17Н9Т) происхо-
дит неравномерно, резко усиливаясь между 15 и 20 циклами, а в конце эксплуата-
ции удлинение достигает 150...200 mm, что соответствует уменьшению их тол-
щины на 1,2...2,0 mm (рассчитывали толщину с учетом допущения “постоянства
объема”).
Рис. 1. Графическое изображение уменьшения толщины реторты от коррозионного
разрушения и пластической деформации: І – сталь 10Х23Н18, реторта № 291; ІІ – сталь
04Х18Н10Т, реторта № 223; ІІІ – сталь AISI 321, реторта № 259; ІV – сталь 10Х23Н18,
реторта № 109У. Исходная длина реторт (І–ІІІ) L0 = 1742 mm; IV – 1842 mm,
толщина – 16,0 mm. * – внешняя поверхность реторты, подвергающаяся газовой
коррозии; ** – внутренняя – воздействию жидкого магния и хлорида магния;
(L0 + Lі)/cycle – абсолютное удлинение реторты за один технологический цикл.
Fig. 1. Graphic presentation of retort (vessel) thicknesses reduction caused by corrosive fracture
and plastic deformation: I – 10X23H18 steel, retort № 291; II – 04X18H10T steel, retort № 223;
III – AISI 321 steel, retort № 259; IV – 10X23H18 steel, retort № 109У. Initial length
of retorts (I–III) L0 = 1742 mm; IV – 1842 mm, thickness – 16.0 mm. * – retort outer surface
subjected to gas corrosion; ** – inner surface subjected to liquid magnesium and magnesium
chloride effect; (L0 + Lі)/cycle – absolute retort elongation in one technological cycle.
Уменьшение толщины стенок реторт (№ 291 и № 109У) из стали 10Х23Н18
за 35 циклов только от коррозионного разрушения практически равно и состав-
ляет 3,3...3,7 mm (рис. 2).
Реторта № 109У с повышенной цикловой производительностью 1040 kg про-
шла 43 цикла без серьезных повреждений, а утонение стенки обечайки только от
121
деформации составило 0,6 mm. Такое поведение этой реторты в сравнении с ре-
тортой № 291 обусловлено более благоприятным расположением волокнистой
структуры стали к главной нагрузке (вдоль прокатки) [3].
Рис. 2. Зависимость уменьшения толщины
поверхности стенки реторт (с внутренней и
внешней) от коррозионного разрушения:
1 – сталь 10Х23Н18 (реторта № 109У);
2 – сталь 10Х23Н18 (реторта № 291);
3 – сталь теоретическая 10Х23Н18;
4 – сталь 04Х18Н10Т (реторта № 223);
5 – сталь AISI 321 (реторта № 259).
Fig. 2. Dependence of the retort wall thickness (inner and outer surfaces) reduction on corrosion
fracture: 1 – 10X23H18 steel (retort № 109У); 2 – 10X23H18 steel (retort № 291);
3 – theoretical 10X23H18 steel; 4 – 04X18H10T steel (retort № 223);
5 – AISI 321 steel (retort № 259).
На последних циклах эксплуатации реторт из сталей типа 18–10 деформация
возрастает, что способствует увеличению скорости протекания коррозии. Разру-
шение внутренней (рабочей) поверхности реторт носит комплексный характер и
обусловлено протеканием таких процессов: образование σ-фазы; возникновение
микропор и микротрещин; обезникеливание аустенита; протекание γ→α превра-
щения; диффузия магния по границам зерен, образование на межфазной границе
и в порах легкоплавкой эвтектики. Вышеуказанные процессы приводят к ослаб-
лению межатомных связей в напряжённом состоянии сталей, что обусловливает
снижение энергии упругости и облегчает разрыв межатомных связей стали, тем
самым увеличивая скорость разрушения [4].
В ретортах из стали типа 04Х18Н10Т уже после 10 циклов эксплуатации
значительно возрастают напряжения, которые вызывают появление крупных пор
(рис. 3а). В сталях типа 10Х23Н18 напряжения увеличиваются менее интенсивно
и превышают допустимое значение только после 30 цикла. При этом образуется
множество мелких пор (рис. 3b).
Рис. 3. Микроструктура исследуемых сталей после окончания эксплуатации реторт:
а – 04Х18Н10Т; b – 10Х23Н18.
Fig. 3. Microstructure of investigated steels after retort operation finishing:
а – 04Х18Н10Т; b – 10Х23Н18.
122
Стали 04Х18Н10Т и AISI 321, несмотря на небольшое содержание углерода
и на нижнем пределе стандарта хрома и никеля, а также наличие титана, неустой-
чивы к воздействию агрессивной среды и не являются коррозионностойкими.
Вышеуказанные изменения химического состава способствуют появлению δ-фер-
рита, а следовательно, снижению сопротивления пластической деформации.
ВЫВОДЫ
Применение материалов с повышенными характеристиками ползучести спо-
собно продлить срок службы реторт с 35 до 43 циклов.
Снижение степени горячей деформации реторт из стали 10Х23Н18 способ-
ствовало уменьшению утонения стенок обечайки реторт и замедлению высоко-
температурной коррозии на внешней поверхности.
РЕЗЮМЕ. Досліджено вплив пластичної деформації (повзучості) корозійнотривких
сталей 10Х23Н18, 04Х18Н10Т, AISI 321 на зменшення товщини стінок обичайки реакто-
рів, а також інтенсифікацію корозійного руйнування. Подано порівняльну оцінку матеріа-
лів, які застосовують для виробництва реторт. Показано, що сталь 10Х23Н18 з підвище-
ними характеристиками повзучості сприяє продовженню терміну експлуатації реторт з 35
до 43 циклів.
SUMMARY. The influence of plastic deformation (creep) of corrosion-resistant 10Х23Н18,
04Х18Н10Т and AISI 321 steels on reduction of the shell wall thickness and intensification of
corrosion fracture processes is proposed. Comparative assessment of materials used for retort
production is given. That 10Х23Н18 steel with improved creep characteristics favour the in-
crease of retort life time from 35 to 43 cycles.
1. Путина О. А., Путин А. А. Повышение герметичности и надежности аппаратов в маг-
ниетермическом производстве губчатого титана // Докл. І науч.-техн. конф. по титану
стран СНГ. – М., 1994. – С. 176–189.
2. Титан / В. А. Гармата, А. Н. Петрунько, Н. В. Галицкий и др. – М.: Металлургия,
1983. – С. 559.
3. Мищенко В. Г., Твердохлеб С. В., Омельченко О. С. Развитие разрушения аппаратов
восстановления и примеси в губчатом титане // Вісник двигунобудування. – 2004.
– № 3. – С. 135–137.
4. Механизмы разрушения материалов реторт в магниетермическом производстве губча-
того титана / А. В. Капитан, С. В. Твердохлеб, В. Г. Мищенко, И. Н. Лазечный // Сб.
докл. 4-й Междун. конф. “Оборудование и технологии термической обработки метал-
лов и сплавов”. – Харьков, 2003. – С. 51–58.
5. Путина О. А., Путин А. А., Гулякин А. И. Влияние различных факторов на срок служ-
бы реторт аппаратов магниетермического производства титана // Цветные металлы.
– 1979. – № 9. – С. 71–72.
6. Сергеев В. В., Галицкий Н. В., Киселев В. П. Металлургия титана. – М.: Металлургия,
1964. – С. 208.
7. Воробьева Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химичес-
ких производств. – М.: Химия, 1960. – С. 500.
Получено 22.02.2011
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-139621 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0430-6252 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:34:41Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мищенко, В.Г. Евсеева, Н.А. 2018-06-20T19:12:36Z 2018-06-20T19:12:36Z 2012 Влияние ползучести металла на срок эксплуатации реакторов магниетермического производства титана / В.Г. Мищенко, Н.А. Евсеева // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2012. — Т. 48, № 2. — С. 119-122. — Бібліогр.: 7 назв. — pос. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139621 Исследовано влияние пластической деформации (ползучести) коррозионностойких сталей 10Х23Н18, 04Х18Н10Т, AISI 321 на уменьшение толщины стенок обечайки, а также интенсификацию коррозионных разрушений. Дана сравнительная оценка применяемых материалов. Показано, что сталь 10Х23Н18 с повышенными характеристиками ползучести способствует продлению срока эксплуатации реторт с 35 до 43 циклов. Применение материалов с повышенными характеристиками ползучести способно продлить срок службы реторт с 35 до 43 циклов. Снижение степени горячей деформации реторт из стали 10Х23Н18 способствовало уменьшению утонения стенок обечайки реторт и замедлению высокотемпературной коррозии на внешней поверхности. Досліджено вплив пластичної деформації (повзучості) корозійнотривких сталей 10Х23Н18, 04Х18Н10Т, AISI 321 на зменшення товщини стінок обичайки реакторів, а також інтенсифікацію корозійного руйнування. Подано порівняльну оцінку матеріалів, які застосовують для виробництва реторт. Показано, що сталь 10Х23Н18 з підвищеними характеристиками повзучості сприяє продовженню терміну експлуатації реторт з 35 до 43 циклів. ru Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Наука-виробництву Влияние ползучести металла на срок эксплуатации реакторов магниетермического производства титана Вплив повзучості металу на термін експлуатації реакторів магнієтермічного виробництва титан Influence of metal creepage on life time of reactors for thermomagnesium production of titanium Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние ползучести металла на срок эксплуатации реакторов магниетермического производства титана Мищенко, В.Г. Евсеева, Н.А. Наука-виробництву |
| title | Влияние ползучести металла на срок эксплуатации реакторов магниетермического производства титана |
| title_alt | Вплив повзучості металу на термін експлуатації реакторів магнієтермічного виробництва титан Influence of metal creepage on life time of reactors for thermomagnesium production of titanium |
| title_full | Влияние ползучести металла на срок эксплуатации реакторов магниетермического производства титана |
| title_fullStr | Влияние ползучести металла на срок эксплуатации реакторов магниетермического производства титана |
| title_full_unstemmed | Влияние ползучести металла на срок эксплуатации реакторов магниетермического производства титана |
| title_short | Влияние ползучести металла на срок эксплуатации реакторов магниетермического производства титана |
| title_sort | влияние ползучести металла на срок эксплуатации реакторов магниетермического производства титана |
| topic | Наука-виробництву |
| topic_facet | Наука-виробництву |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139621 |
| work_keys_str_mv | AT miŝenkovg vliâniepolzučestimetallanasrokékspluataciireaktorovmagnietermičeskogoproizvodstvatitana AT evseevana vliâniepolzučestimetallanasrokékspluataciireaktorovmagnietermičeskogoproizvodstvatitana AT miŝenkovg vplivpovzučostímetalunatermínekspluatacííreaktorívmagníêtermíčnogovirobnictvatitan AT evseevana vplivpovzučostímetalunatermínekspluatacííreaktorívmagníêtermíčnogovirobnictvatitan AT miŝenkovg influenceofmetalcreepageonlifetimeofreactorsforthermomagnesiumproductionoftitanium AT evseevana influenceofmetalcreepageonlifetimeofreactorsforthermomagnesiumproductionoftitanium |