Оценка причин разрушения лопаток из стали 14Х17Н2 осевого компрессора агрегата ГТК-25И
Исследованы причины разрушения лопаток из мартенситно-ферритной стали входного поворотного направляющего аппарата осевого компрессора газоперекачивающего агрегата. Есть несколько стадий разрушения лопаток: коррозия-циклическая усталость-разрушение. На начальной стадии имеет место коррозионное повреж...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы прочности |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48365 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оценка причин разрушения лопаток из стали 14Х17Н2 осевого
 компрессора агрегата ГТК-25И / К.А. Ющенко, В.С. Савченко, Л.В. Червякова, В.И. Избаш, В.Г. Соляник // Проблемы прочности. — 2008. — № 5. — С. 129-133. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860247952936665088 |
|---|---|
| author | Ющенко, К.А. Савченко, В.С. Червякова, Л.В. Избаш, В.И. Соляник, В.Г. |
| author_facet | Ющенко, К.А. Савченко, В.С. Червякова, Л.В. Избаш, В.И. Соляник, В.Г. |
| citation_txt | Оценка причин разрушения лопаток из стали 14Х17Н2 осевого
 компрессора агрегата ГТК-25И / К.А. Ющенко, В.С. Савченко, Л.В. Червякова, В.И. Избаш, В.Г. Соляник // Проблемы прочности. — 2008. — № 5. — С. 129-133. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Исследованы причины разрушения лопаток из мартенситно-ферритной стали входного поворотного направляющего аппарата осевого компрессора газоперекачивающего агрегата. Есть несколько стадий разрушения лопаток: коррозия-циклическая усталость-разрушение. На начальной стадии имеет место коррозионное повреждение на границе раздела мартенсит-феррит, переходящее к внутризеренному коррозионному разрушению по мартенситным иглам и усталостному разрушению по телу зерна.
Досліджено причини руйнування лопаток із мартенситно-феритної сталі вхідного поворотного напрямного апарата осьового компресора газоперекачувального агрегату. Руйнування лопаток відбувається на декількох стадіях: корозія-циклічна втома-руйнування. На початковій стадії має місце корозійне пошкодження на границі розділу мартенсит-ферит, яке переходить у внутрішньозеренне корозійне руйнування по мартенситних голках і руйнування від утоми по тілу зерна.
Studies were conducted to investigate the causes of fracture in martensitic-ferritic steel blades of input rotary distributor of gas-pumping plant axial compressors. Fracture of the blades takes place in several stages: corrosion - cyclic fatigue - fracture. At the initial stage, corrosion damage occurs at the martensite-ferrite interface, then it transforms to intragranular corrosion fracture at martensite needles and to fatigue fracture in the bulk of grains.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:39:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.019:658.562
Оценка причин разрушения лопаток из стали 14Х17Н2 осевого
компрессора агрегата ГТК-25И
К. А. Ющенкоа, В. С. Савченкоа, Л. В. Червяковаа, В. И. Избаш6,
В. Г. Соляник6
а Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев, Украина
6 НАК “Нефтегаз Украины” ДК “Укртрансгаз”, Киев, Украина
Исследованы причины разрушения лопаток из мартенситно-ферритной стали входного
поворотного направляющего аппарата осевого компрессора газоперекачивающего агрегата.
Есть несколько стадий разрушения лопаток: коррозия-циклическая усталость-разрушение.
На начальной стадии имеет место коррозионное повреждение на границе раздела мартен
сит-феррит, переходящее к внутризеренному коррозионному разрушению по мартенсит-
ным иглам и усталостному разрушению по телу зерна.
К лю ч евы е слова: газотурбинные установки, лопатки, коррозионные повреж
дения.
На газотурбинных установках ГТК-25И, широко применяемых для
транспортировки газа, используется входной поворотный направляющий
аппарат осевого компрессора, который комплектуется стационарными пово
ротными лопатками из стали 14Х17Н2. В соответствии со структурной
диаграммой Потака и Сагалевича [1], данная сталь относится к высоко
легированным сталям мартенситно-ферритного класса с содержанием около
70% мартенсита, менее 20% феррита и остаточного аустенита. Структурно
свободный феррит выделяется в виде полос [2].
Сталь 14Х17Н2 относится к закаленным нержавеющим хромистым
сталям, в которых повышенное содержание хрома обеспечивает достаточ
ную коррозионную стойкость ряда слабоагрессивных сред [3, 4]. Однако
стали подобной системы легирования [1, 3] чувствительны к понижению
коррозионной стойкости при нагреве выше 500°С в связи с возможным
выделением избыточных фаз.
В процессе эксплуатации стационарных поворотных лопаток в составе
компрессора установки ГТК-25И перо лопатки разрушается. Цветная де
фектоскопия поверхности пера и металлографические исследования позво
ляют обнаружить:
локальные микротрещины в зоне выкружек в местах перехода цилинд
рической части верхней и нижней цапф к перу. Предполагалось, что основ
ной задачей выкружек является уменьшение величины концентрации напря
жений;
микротрещины в области забоин на входной кромке пера лопатки;
локальные (язвенные) коррозионные повреждения поверхности пера
лопатки, в том числе в области выкружек (рис. 1-3).
Анализ состояния верхней цапфы лопатки показывает односторонний
износ цилиндрической ее части со стороны “спинки” пера лопатки, что свя
зано, очевидно, с наличием значительных знакопеременных нагрузок пера
© К. А. ЮЩЕНКО, В. С. САВЧЕНКО, Л. В. ЧЕРВЯКОВА, В. И. ИЗБАШ, В. Г. СОЛЯНИК, 2008
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, № 5 129
К. А. Ющенко, В. С. Савченко, Л. В. Червякова и др.
поворотной лопатки. Кроме того, визуально обнаружены многочисленные
локальные вспучивания поверхности пера лопатки диаметром 0,5-1,2 мм и
глубиной 0,5 мм.
Рис. 1. Коррозионно-усталостное разрушение поверхности лопатки из стали 14Х17Н2 в
процессе эксплуатации (1) и хрупкое разрушение в области забоин при аварийном разру
шении (2).
X 200
Рис. 2. Коррозионно-усталостное разрушение пера лопатки из стали 14Х17Н2 в области
выкружки.
Металлографическими исследованиями установлен структурный состав
металла, состоящий из блочного мартенсита (М и строчечных выделений
феррита (д), сформировавшегося, по-видимому, в результате термомехани
ческой обработки заготовок лопаток при высоких температурах. По грани
цам мартенситных блоков внутри бывших аустенитных зерен и границам
между д-ферритом и мартенситно-структурными составляющими наблю
даются выделения карбидов типа Ме23С6 (рис. 4).
Результаты определения химического состава (мас.%) металла исследу
емой поворотной лопатки из стали 14Х17Н2 с использованием микрорент-
геноспектрального анализа таковы: 0,46...0,58 Б1, 17,85...20,30 Сг, 78,12...
...79,66 Бе, 1,01...2,03 N1.
130 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, № 5
Оценка причин разрушения лопаток
Рис. 3. Фрагмент поверхности пера поворотной лопатки из стали 14Х17Н2 с характерным
коррозионным растрескиванием.
Х100
Рис. 4. Смещение локальных участков металла (указаны стрелками) в местах образования
вздутий: М - мартенсит; д - феррит.
Среднее содержание углерода в металле исследуемой лопатки, опреде
ляемое химическим анализом, составляет 0,14 мас.%. Наблюдается некото
рое перераспределение основных легирующих элементов стали (хрома и
никеля) между мартенситной и ферритной составляющими структуры в
связи с различной растворимостью этих элементов при высоких темпера
турах (в момент существования структур) в у-аустените и д-феррите.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, № 5 131
К. А. Ющенко, В. С. Савченко, Л. В. Червякова и др.
Исследование поверхности лопаток в состоянии после эксплуатации с
использованием оптического микроскопа “КБОБОТ 32” позволяет детально
оценить характер разрушения пера лопатки в процессе эксплуатации.
Прежде всего подтверждается наличие коррозионно-усталостного раз
рушения от выкружек в местах перехода от верхней и нижней цапфы к перу
лопатки.
Металлографические исследования полированных, но нетравленых
шлифов позволяют судить о глубине коррозионного проникновения в ме
талл и характере коррозии. Таким образом, в процессе эксплуатации имеет
место межзеренное разрушение металла по границам бывших аустенитных
зерен, сформировавшихся при высоких температурах при закалке металла.
Кроме того, установлено, что “язвенные” разрушения поверхности пера
лопатки в результате коррозионного воздействия могут располагаться про
извольно.
Механические характеристики металла образцов, свободных от повреж
дений, соответствовали нормативной документации [5] (таблица). Твердость
металла (НВ) для поворотной лопатки из стали 14Х17Н2 для пера, верхней и
нижней цапф соответственно составляла 255, 262 и 251.
Механические свойства стали 14Х17Н2 [5]
Сортамент °0,2,
МПа
° в;
МПа
4
% %
к с и ,
Дж/см2
НВ
Сортовой
прокат
835 1080 10 30 49 < 285
Поковки 539 686 13 35 54 248...293
На основании полученных результатов можно заключить, что вначале
происходит разрушение по границам бывших аустенитных зерен. Впослед
ствии имеет место также избирательная коррозия от границ зерен в глубь
зерна преимущественно по мартенситным иглам. Некоторые локальные
язвенные разрушения соединяются трещинами, формируя таким образом
макроразрушение.
Как отмечалось выше, значительный объем коррозионных повреждений
связан с возникновением локальных вздутий на поверхности пера лопатки
из стали 14Х17Н2. Известны предположения, что вздутия предшествуют
появлению язвенных разрушений. Для выяснения механизма возникновения
локальных нарушений поверхности разработана специальная методика под
готовки шлифов, гарантирующая адресное сечение плоскостью шлифа сере
дины такого вздутия. Исследования проводили с использованием оптичес
кой микроскопии в светлом и темном поле, а также сканирующей элект
ронной микроскопии. Анализ строения поверхности шлифа в месте корро
зионного разрушения осуществляли без предварительного ее травления с
целью облегчения идентификации и оценки характеристик типов коррозии.
Исследованиями установлено, что усталостные разрушения в области
выкружек имеют межзеренный характер. Усталостные трещины распростра
няются по границам бывших аустенитных зерен и находятся в поле напря
132 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, № 5
Оценка причин разрушения лопаток
жений, создаваемых выкружками. Распространение усталостных трещин
облегчается наличием коррозионных язв в области выкружек.
Локальные вспучивания возникают вследствие подповерхностного рас
слаивания металла из-за процессов коррозии. На начальной стадии про
исходят коррозионные повреждения на границах зерен и границе мартен
сит-феррит, переходящие к внутризеренному разрушению по мартенситным
иглам.
Характер разрушения лопаток комплексный и проходит в несколько
стадий: коррозия-циклическая усталость-окончательное разрушение.
Предположения о развитии локальных коррозионно-усталостных по
вреждений базируются на известных фактах [6], в соответствии с которыми
в атмосферных условиях скорость коррозии сильно зависит от влажности
воздуха и присутствия в нем агрессивных примесей, например Б0 2, Н2Б и
др.
Таким образом, основной причиной коррозии является изменение струк
турного состояния металла, при котором вследствие выделения карбидов
хрома по структурным составляющим в результате термообработки про
исходит обеднение металла хромом ниже порога пассивации. При этом
имеет место избирательное (локальное) коррозионное разрушение под влия
нием влажного воздуха, обогащенного агрессивными примесями.
Р е з ю м е
Досліджено причини руйнування лопаток із мартенситно-феритної сталі
вхідного поворотного напрямного апарата осьового компресора газопере
качувального агрегату. Руйнування лопаток відбувається на декількох ста
діях: корозія-циклічна втома-руйнування. На початковій стадії має місце
корозійне пошкодження на границі розділу мартенсит-ферит, яке пере
ходить у внутрішньозеренне корозійне руйнування по мартенситних голках
і руйнування від утоми по тілу зерна.
1. М арочник сталей и сплавов / Под ред. А. С. Зубченко. - М.: Машино
строение, 2003. - 783 с.
2. П о т а к Я . М . Высокопрочные стали. - М.: Металлургия, 1972. - 208 с.
3. Чигал В. Межкристаллитная коррозия нержавеющих сталей // Химия. -
1969. - 232 с.
4. Л анская К. А . Высокохромистые жаропрочные стали. - М.: Металлур
гия, 1976. - 216 с.
5. Ульянин Е. А ., С вист унова Т. В ., Л евин Ф. Л . Высоколегированные
коррозионностойкие сплавы. - М.: Металлургия, 1987. - 88 с.
6. М елехов Р. К., П охм урський В. І. Конструкційні матеріали енергетич
ного обладнання. - Київ: Наук. думка, 2003. - 382 с.
Поступила 25. 10. 2007
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2008, № 5 133
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-48365 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:39:34Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ющенко, К.А. Савченко, В.С. Червякова, Л.В. Избаш, В.И. Соляник, В.Г. 2013-08-18T15:49:59Z 2013-08-18T15:49:59Z 2008 Оценка причин разрушения лопаток из стали 14Х17Н2 осевого
 компрессора агрегата ГТК-25И / К.А. Ющенко, В.С. Савченко, Л.В. Червякова, В.И. Избаш, В.Г. Соляник // Проблемы прочности. — 2008. — № 5. — С. 129-133. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48365 621.791.019:658.562 Исследованы причины разрушения лопаток из мартенситно-ферритной стали входного поворотного направляющего аппарата осевого компрессора газоперекачивающего агрегата. Есть несколько стадий разрушения лопаток: коррозия-циклическая усталость-разрушение. На начальной стадии имеет место коррозионное повреждение на границе раздела мартенсит-феррит, переходящее к внутризеренному коррозионному разрушению по мартенситным иглам и усталостному разрушению по телу зерна. Досліджено причини руйнування лопаток із мартенситно-феритної сталі вхідного поворотного напрямного апарата осьового компресора газоперекачувального агрегату. Руйнування лопаток відбувається на декількох стадіях: корозія-циклічна втома-руйнування. На початковій стадії має місце корозійне пошкодження на границі розділу мартенсит-ферит, яке переходить у внутрішньозеренне корозійне руйнування по мартенситних голках і руйнування від утоми по тілу зерна. Studies were conducted to investigate the causes of fracture in martensitic-ferritic steel blades of input rotary distributor of gas-pumping plant axial compressors. Fracture of the blades takes place in several stages: corrosion - cyclic fatigue - fracture. At the initial stage, corrosion damage occurs at the martensite-ferrite interface, then it transforms to intragranular corrosion fracture at martensite needles and to fatigue fracture in the bulk of grains. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Оценка причин разрушения лопаток из стали 14Х17Н2 осевого компрессора агрегата ГТК-25И Assessment of causes of fracture in steel 14Kh17N2 blades of GTK-25I gas-pumping unit axial compressors Article published earlier |
| spellingShingle | Оценка причин разрушения лопаток из стали 14Х17Н2 осевого компрессора агрегата ГТК-25И Ющенко, К.А. Савченко, В.С. Червякова, Л.В. Избаш, В.И. Соляник, В.Г. Научно-технический раздел |
| title | Оценка причин разрушения лопаток из стали 14Х17Н2 осевого компрессора агрегата ГТК-25И |
| title_alt | Assessment of causes of fracture in steel 14Kh17N2 blades of GTK-25I gas-pumping unit axial compressors |
| title_full | Оценка причин разрушения лопаток из стали 14Х17Н2 осевого компрессора агрегата ГТК-25И |
| title_fullStr | Оценка причин разрушения лопаток из стали 14Х17Н2 осевого компрессора агрегата ГТК-25И |
| title_full_unstemmed | Оценка причин разрушения лопаток из стали 14Х17Н2 осевого компрессора агрегата ГТК-25И |
| title_short | Оценка причин разрушения лопаток из стали 14Х17Н2 осевого компрессора агрегата ГТК-25И |
| title_sort | оценка причин разрушения лопаток из стали 14х17н2 осевого компрессора агрегата гтк-25и |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48365 |
| work_keys_str_mv | AT ûŝenkoka ocenkapričinrazrušeniâlopatokizstali14h17n2osevogokompressoraagregatagtk25i AT savčenkovs ocenkapričinrazrušeniâlopatokizstali14h17n2osevogokompressoraagregatagtk25i AT červâkovalv ocenkapričinrazrušeniâlopatokizstali14h17n2osevogokompressoraagregatagtk25i AT izbašvi ocenkapričinrazrušeniâlopatokizstali14h17n2osevogokompressoraagregatagtk25i AT solânikvg ocenkapričinrazrušeniâlopatokizstali14h17n2osevogokompressoraagregatagtk25i AT ûŝenkoka assessmentofcausesoffractureinsteel14kh17n2bladesofgtk25igaspumpingunitaxialcompressors AT savčenkovs assessmentofcausesoffractureinsteel14kh17n2bladesofgtk25igaspumpingunitaxialcompressors AT červâkovalv assessmentofcausesoffractureinsteel14kh17n2bladesofgtk25igaspumpingunitaxialcompressors AT izbašvi assessmentofcausesoffractureinsteel14kh17n2bladesofgtk25igaspumpingunitaxialcompressors AT solânikvg assessmentofcausesoffractureinsteel14kh17n2bladesofgtk25igaspumpingunitaxialcompressors |