Особенности металла центробежнолитых труб из стали 15Х1М1Ф - Характеристики длительной прочности

Характеристики длительной прочности, полученные в результате данных испытаний, представлены в таблице. В таблице также приведена полная информация о структурном состоянии металла труб, включающая как оценку структуры в зонах с нормальным структурным состоянием, так и качественные и количественные параметры ликвационных зон. Длительная прочность рассчитывалась в интервале температур 540 - 560°С через каждые 5° с учетом возможного выбега температурного режима в процессе эксплуатации. Интегральное значение длительной прочности рассчитывалось по результатам испытания образцов наружной и внутренней серии.
Из анализа данных, представленных в таблице, следует, что интегральное значение длительной прочности металла ЦБЛ труб в исходном состоянии в основном определяется микроструктурой безликвационных объемов металла. Наибольшие значения длительной прочности наблюдаются у труб с преобладающим количеством упрочняющей фазы в структуре металла. Вместе с тем, между значениями длительной прочности, полученными на образцах наружных и внутренних зон сечения стенок труб, существуют различия. В представленных случаях у труб с ликвационой неоднородностью II-V баллов наружные зоны сечения стенок труб характеризуются более высокими значениями длительной прочности. На образцах внутренних зон сечения стенок труб получены более низкие значения длительной прочности при всех расчетных температурах.

Длительная прочность металла центробежнолитых труб из стали 15Х1М1Ф с микроликвационной неоднородностью II - V баллов на продольных образцах, вырезанных из различных структурных зон сечения стенок труб

Примечания: 1.Ф - феррит; Б - бейнит отпуска; К - карбиды. 2. Числитель - наружная зона сечения стенки трубы; знаменатель - внутренняя. 3. Выделенные цифры - интегральное значение. 4. Процент в круглых скобках - объемное содержание бейнита.

Рис. 2. Обобщенная диаграмма длительной прочности металла центробежнолитых труб из стали 15Х1М1Ф в исходном состоянии (Т= 545°С): 1 - кривая среднемарочных значений долговечности; 2 - граница разрушения с вероятностью 5%

Анализ полученных результатов показал:
различие в значениях длительной прочности образцов наружных и внутренних серий колеблется в интервале от 5 до 14 МПа при фиксированной температуре;
на величину различий длительной прочности структурных зон металла существенное влияние оказывает ликвационное состояние внутренних объемов сечения стенки трубы, характер и степень концентрации в этом слое неметаллических включений и технологической поврежденности. Имеет важное значение и количественный параметр ликвационной неоднородности, т.е. доля площади сечения стенки трубы, занятая ликвационными зонами;
длительная прочность зон металла наружного сечения стенок труб в основном определяется нормальной (основной) структурой, полученной в результате термической обработки, в частности - объемным содержанием и морфологией феррита и отпущенного бейнита, а также общей загрязненностью материала;
длительная прочность зон металла внутренних зон сечения стенок труб определяется не только нормальной (фоновой) микроструктурой, но и морфологическими особенностями и уровнем технологической поврежденности наиболее ликвированной зоны. Более низкие значения длительной прочности внутренних зон сечения стенок труб могут быть объяснены также изменением параметров решетки основного твердого раствора металла в связи с наличием сегрегаций вредных примесей и легирующих элементов;
при фиксированной температуре между значениями длительной прочности безликвационного металла (образцы наружной серии) и металла с ликвацией (образцы внутренней серии) существует соотношение, которое может быть оценено следующими величинами: присутствие в структуре ликвационной неоднородности II балла может снизить длительную прочность на 5%; III балла - на 7%; IV балла - на 8%; V балла - на 10%.
Из полученных данных становится очевидным, что длительная прочность металла центробежнолитых труб с ликвационной полосчатостью должна базироваться на интегральных свойствах присутствующих структурных зон металла. Для ее оценки при существующих значениях толщины стенок труб (от 25 до 32 мм) достаточно вырезать две серии образцов из наружных и внутренних зон сечения стенок. При консервативной оценке длительной прочности ЦБЛ труб (в наибольшей степени это необходимо для труб с ликвационной неоднородностью VI - V баллов) основное внимание должно быть уделено объемам металла с пониженной сопротивляемостью разрушению, какими в силу специфики применяемой технологии изготовления труб являются участки металла, приближенные к внутренней поверхности.
На рис. 2 показана обобщенная диаграмма длительной прочности средних значений для металла ЦБЛ труб из стали 15X1 ΜΙ Ф в исходном состоянии, а также нижняя и верхняя границы 5%-ной вероятности разрушения. Поскольку среднемарочная оценка сопротивления разрушению должна базироваться на результатах исследования большого числа труб, в обработку включен металл с содержанием углерода и легирующих элементов во всем диапазоне требований технических условий. Кроме того, материал по разнообразию основной и ликвационных структур представляет собой наиболее типичные варианты состояния металла ЦБЛ труб из стали 15X1 ΜΙ Ф в исходном состоянии.

Рис. 3. Кривые среднемарочных значений долговечности стали 15Х1М1Ф в исходном состоянии (Т = 545°С):
1 - центробежнолитые трубы; 2 - деформированные трубы; 3 - литые конструкции