7-3. ОПТИМАЛЬНАЯ ГЛУБИНА ЗАЧИСТКИ ТРУБ ПРИ БЕЗОБРАЗЦОВЫХ МЕТОДАХ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ, ПРОВЕДЕНИЕ КАРБИДНОГО АНАЛИЗА И ИЗМЕРЕНИЙ ТВЕРДОСТИ
Широкое применение неразрушающих методов определения механических свойств и микроструктуры основных элементов котлотурбинного оборудования потребовало проведения специального исследования оптимальной глубины снятия поверхностного слоя металла. Эта глубина существенно влияет на результаты определения свойств исследуемого металла. Слишком глубокая зачистка, например, труб паропроводов и коллекторов может привести к недопустимому ослаблению сечения трубы, а при недостаточно глубокой зачистке будет исследован обезуглероженный слой, свойства которого значительно отличаются от свойств основного металла.
Установлено, что на трубах паропроводов диаметром 273X20 мм глубина полностью обезуглероженного слоя достигает 0,8 мм, а граница слоя частичного обезуглероживания достигает глубины 1,6 мм, т. е. оптимальная глубина труб паропроводов должна составлять 4—5% толщины стенки.
Рис. 7-6. Номограмма для определения глубины снятого слоя в зависимости от диаметра труб паропровода в ширины зачищенной площадки.
Методы непосредственного измерения глубины зачистки штангенциркулем или микрометром имеют ряд недостатков, основные из которых заключаются в следующем: необходимость зачистки дополнительной площадки на противоположной стороне трубы и необходимость в нескольких корректирующих измерениях.
На рис. 7-5 приведена номограмма для определения оптимальной глубины снимаемого слоя в зависимости от диаметра трубы и ширины зачищенной площадки.
7-4. КАРБИДНЫЙ АНАЛИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
В процессе эксплуатации в металле теплоэнергетического оборудования происходит обеднение твердого раствора легирующими элементами вследствие их миграции в карбиды, что сопровождаемся снижением жаропрочности, ударной вязкости и пластичности металла.
Предложенная в [50] методика позволяет определяй относительное содержание элементов в твердом растворе и в карбидах непосредственно на деталях паропроводов и на других элементах котлотурбинного оборудования без их разрушения. Метод основан на сравнении интенсивности окраски растворов, находящихся в карбидной фазе и в твердом растворе. По формулам (7-1), (7-2) находится распределение легирующего элемента, %
(7-1)
(7-2)
где Ск — относительное содержание элемента в карбидной фазе; а — относительная величина, показывающая, во сколько раз количество элемента в твердом растворе больше количества его в карбидной фазе; п — кратность разбавления, т. е. отношение исходного объема раствора к взятой адекватной части; п0 — основного раствора, nк — карбидного раствора; D—оптическая плотность раствора: Dо — основного раствора, Dn — карбидного раствора.
Карбидный анализ складывается из следующих операций:
- отбор проб;
- химический анализ проб и расчет Ск.
Поверхность детали площадью 4—6 см очищают до металлического блеска и к ней приклеивают парафинированную лодочку или лодочку из кислостойкой резины. Для взятия пробы поверхность исследуемого участка промывают кислотой. Через 2—3 мин. кислоту удаляют с помощью медицинской пипетки и фильтровальной бумаги. Затем поверхность исследуемого участка промывают водой и протирают фильтровальной бумагой.
Для взятия пробы в лодочку наливают 0,8—1,0 мл смеси кислот, состоящей из 0,4—0,5 мл азотной и 0,4— 0,5 мл 10%-ной лимонной кислоты. Процесс растворения металла ведут в течение 10 мин без перемешивания раствора. Карбидная фаза выделяется при растворении в виде темного осадка на поверхности лунки, а легирующие элементы твёрдого раствора переходят, в раствор кислот.
После растворения переносят раствор с помощью медицинской пипетки на фильтр, лунку (лодочку) несколько раз промывают водой с переносом промывной воды на фильтр. Объем фильтрата с промывными водами должен быть не более 10 мл. Этот раствор служит основным раствором.
Карбидный осадок собирают по две лунки концом жгута, свернутого из фильтровальной бумаги. Конец жгута с карбидами осторожно срезают и помещают на фильтр, через который фильтровали основной раствор. Дно лунки тщательно протирают фильтровальной бумагой, зажатой пинцетом. Фильтр с карбидами завертывают в кальку, на которой проставляется номер пробы.
Химический анализ проб проводят в лабораторных условиях. Для приготовления карбидного раствора фильтр с карбидами помещают в фарфоровую лодочку или тигель, сжигают и прокаливают в печи. После этого добавляют 1 г предварительно расплавленного и затем охлажденного пиросульфата калия или кислый сернокислый калий и сплавляют его с карбидами в течение 3—4 мин при температуре 600—650 С. При этом должна получиться прозрачная масса лимонного цвета, которую после охлаждения выщелачивают водой. Объем карбидного раствора не должен превышать 10 мл. Этим заканчивается получение карбидного раствора.
Для проведения анализа полученные растворы необходимо разбавить до определенных объемов, зависящих от количества карбидной фазы в стали и степени легированности стали. Последовательность проведения химического анализа для определения молибдена, марганца, хрома и ванадия, подробно изложена в [50].
Как указывалось выше, по содержанию молибдена в твердом растворе можно определить предел длительной прочности стали 12МХ. Для определения предела длительной прочности расчетным методом в [51] предложена методика определения содержания молибдена в твердом растворе. Эта методика основана на растворении в одинаковых условиях металла анализируемой пробы и образца стали 12МХ с определенным заранее содержанием молибдена, который служит стандартным образцом. Расчет содержания молибдена в исследуемом образце ведется методом фотоколориметрии. Определив содержание молибдена в стали и в карбидной фазе, вычисляют его содержание в твердом растворе.
