Крутасова Е. И.
Надежность металла энергетического оборудования.— Москва: Энергоиздат, 1981. — (Межиздательская серия. Надежность и качество).
В книге изложены вопросы эксплуатационной надежности металла современных котлоагрегатов и паропроводов.
Приведены результаты исследования ползучести и длительной прочности теплостойких и жаропрочных сталей перлитного и аустенитного классов. Описаны закономерности изменения структуры, свойств и фазового состава металла под длительным воздействием высоких температур и давлений. Даны рекомендации по оценке надежности металла и организации текущего контроля за состоянием металла на электростанциях.
Для инженерно-технического эксплуатационного персонала электростанций, а также для работников проектных и ремонтных организаций, лабораторий и служб металлов.
ПРЕДИСЛОВИЕ
С развитием энергетического и химического машиностроения, а также других отраслей промышленности значительно расширяется применение жаропрочных сталей и сплавов, работающих в условиях высоких температур. Повышение параметров и мощности современных энергетических установок вызывает необходимость широкого и все более комплексного легирования сталей.
К современным жаропрочным материалам предъявляются специфические требования — высокая длительная прочность и сопротивление ползучести. Жаропрочные свойства металла являются структурно-чувствительной характеристикой и значительно изменяются в зависимости от рабочей температуры, напряжения, времени работы и других факторов, поэтому эти характеристики можно назвать эксплуатационными. В отличие от них кратковременные механические свойства более стабильны при эксплуатации и не позволяют надежно судить о работоспособности различных марок сталей после длительного срока службы.
Одним из основных методов получения высокопрочных материалов является выделение в процессе старения при высокой температуре дисперсных карбидных и интерметаллидных частиц, что значительно повышает теплостойкость сталей в течение длительного времени работы. В результате перераспределения дислокаций и пластической деформации в металле формируется субструктура различных порядков, при этом величина субзерен и состояние субграниц оказывают значительное влияние на сопротивление ползучести при работе под напряжением при высокой температуре. К структурным изменениям в условиях ползучести следует отнести также образование очагов разрушения по границам зерен, интенсивность развития которых определяет в конечном счете долговечность материала. Для жаропрочных сталей, рассчитанных на длительный срок службы, вопрос об устойчивости исходной структуры и свойств становится весьма важным. Стабильность при рабочих параметрах в конечном итоге определяет надежность работы металла энергооборудования.
Для деталей современного энергомашиностроения применяются низколегированные жаропрочные стали, которые обладают значительно большей стабильностью свойств, чем высокопрочные стали. К жаропрочным сталям относятся теплостойкие хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые стали перлитного и бейнитного классов, рабочая температура которых ограничивается 500—585°С. Для более высокотемпературных элементов используются аустенитные стали при температурах 600— 640°С. Промежуточное положение занимают 12%-ные хромистые стали с легирующими добавками карбидообразующих элементов.
В настоящее время значительная часть теплоэнергетического оборудования отработала расчетный срок. За время длительной эксплуатации произошли изменения исходной структуры, свойств, фазового состава, длительной прочности. Однако замена такого оборудования в большинстве случаев нецелесообразна, так как металл не исчерпал свой остаточный ресурс. Опыт эксплуатации и исследования, проведенные различными организациями, показали (5, 20, 27, 64, 132), что запас длительных прочностных и пластичных свойств металла далеко не исчерпан. Остаточная деформация ползучести, как правило, не превышает 0,5% за 105 ч. Это значит, что большинство деталей и узлов может надежно работать и после наработки 100 тыс. ч. Исключение составляют некоторые сильно нагруженные детали, которые подлежат замене.
Основной проблемой в энергомашиностроении является обеспечение надежности и долговечности службы деталей и узлов различных элементов энергооборудования. Осуществление ряда профилактических мер, ужесточение и совершенствование контроля металла, своевременная замена деталей, отработавших свой ресурс, будут иметь все большее значение для надежной работы электростанций. С увеличением времени эксплуатации все более актуальным становится вопрос прогнозирования сроков службы деталей. Действительно, установление зависимостей изменения при рабочих параметрах длительной прочности, скорости ползучести, фазового состава и других свойств для различных марок сталей может явиться надежным материалом для прогнозирования работоспособности металла. Однако таких данных пока недостаточно.
В этой книге основное внимание уделено изменению структуры и свойств жаропрочных сталей в процессе высокотемпературного старения под напряжением длительностью до 200 тыс. ч. Автор, используя результаты многолетних экспериментальных исследований и литературные источники, приводит данные о закономерностях изменения ползучести, длительной прочности и деформационной способности низколегированных хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей, аустенитных сталей типа 18-8 и 12%-ных хромистых сталей в условиях длительно развивающейся ползучести. Главное внимание автор старался уделить структурным превращениям и особенностям развития повреждаемости металла с различной исходной структурой. Автором разработаны и рекомендованы критерии оценки надежности жаропрочных сталей в процессе длительной службы различных элементов энергооборудования.
Автор надеется, что книга будет полезна инженернотехническим работникам, связанным с производством и применением жаропрочных сталей, а также эксплуатационному и ремонтному персоналу электростанций.
Автор выражает глубокую признательность сотрудникам Уральского филиала ВТИ им. Ф. Э. Дзержинского (УралВТИ) Т. М. Тюриной, Г. М. Новицкой, Н. И. Слободчиковой и Л. С. Спириной за большую помощь при проведении ряда исследовательских работ, результаты которых изложены в настоящей книге.
Автор
