Właściwości mechaniczne i struktura rur odlewanych odśrodkowo ze staliwa 32Ni-25Cr-Nb po modyfikacji cerem

• Autorzy: Tęcza Grzegorz

Warianty tytułu

EN

Mechanical properties and structure of tubes centrifugally cast from 25Cr-32Ni-Nb steel after inoculation with cerium

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Rury katalityczne wykonywane metodą odlewania odśrodkowego charakteryzują się zmienną na przekroju strukturą: warstwa zewnętrzna - strukturą kryształów kolumnowych, warstwa wewnętrzna - strukturą kryształów równoosiowych. Własności tych stref są rożne i mają istotne znaczenie na zachowanie się odlewów w temperaturze pracy. Jednym ze sposobów Zmiany mikrostruktury tych stref jest zabieg modyfikowania za pomocą ceru. W pracy porównano makro- i mikrostrukturę, granicę plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie oraz wydłużenie względne dwóch gatunków staliwa. Własności mechaniczne określono w temperaturze 820°C, porównano je dla poszczególnych stref rury - zewnętrznej i wewnętrznej. Dla stopu modyfikowanego cerem uzyskano węższą strefę kryształów kolumnowych w porównaniu ze stopem niemodyfikowanym (rys. 4). Mikrostruktura badanych stopów składała się z austenitycznej osnowy i wydzielonych węglików. Różnice strukturalne dotyczą przede wszystkim morfologii widocznych wydzieleń węglikowych. W strefie kryształów równoosiowych obserwowano skupiska eutektycznych wydzieleń o charakterze płytkowym (rys. 6), przy czym ich liczba w stopie modyfikowanym Ce była znacznie mniejsza. W strefie kryształów kolumnowych (rys. 5) dla obu stopów obserwowano równomiernie rozmieszczone węgliki zarówno po granicach ziaren, jak i w ich wnętrzu. Obserwowane jasne wydzielenia to węgliki niobu, które zawierają niewielkie ilości Ni, Cr i Fe (rys. 5, 6; pkt 1; tab. 2). Wydzielenia szare to złożone węgliki chromu zawierające znaczące ilości Fe i Ni (rys. 5, 6; pkt 2; tab. 3). Dla próbek wyciętych ze strefy kryształów równoosiowych stopu modyfikowanego Ce, zaobserwowano zwiększenie wartości RM przy zbliżonych wartościach Rm i A8 w porównaniu ze stopem niemodyfikowanym. Dla próbek wyciętych ze strefy kryształów kolumnowych dodatek Ce powoduje Zwiększenie wydłużenia blisko o 30%, zmniejszenie Rm o około 30 MPa, przy porównywalnym R092 (tab. 4). Zarodkowanie pęknięć w badanych próbkach ma miejsce na granicach ziaren austenitu. Na powierzchni przełomów są widoczne powierzchnie ziaren z licznymi wydzieleniami: węgliki Nb (rys. 8÷12, pkt 1) są widoczne jako duże, pojedyncze wydzielenia, węgliki Cr (rys. 8÷12; pkt 2) tworzą siatkę widoczną w postaci wydlużonych cząstek pokrywających powierzchnię ziaren. W stopie modyfikowanym Ce, oprócz węglików Nb i węglików Cr, obserwowano jasne wydzielenia wbudowane w obszar węglików Cr (rys. 11÷14; pkt 3), które były rozmieszczone wzdłuż granic ziaren. Ich skład chemiczny wskazuje, że są to złożone wydzielenia składające się głównie Z ceru (47%, tab. 5).

EN

Catalytic tubes made by the centrifugal casting process are characterised by a variable cross-section structure: the outer layer has the structure of columnar crystals, the inner layer -the structure of equiaxial crystals. The properties ofthese zones differ and are very important for the behaviour of castings at the operating temperature. One of the ways to change the microstructure of these zones is by inoculating with cerium. The study compares the macro- and microstructure, yield strength, tensile strength and elongation oftwo cast steel grades. The mechanical properties were examined at a temperature of 820°C and compared for the different zones of the tube, i.e. for the external zone and internal zone. Compared to a non-inoculated alloy, a narrower zone of columnar crystals was obtained in the cerium-inoculated alloy (Fig. 4), while microstructure ofthe examined alloys consisted of an austenitic matrix and precipitated carbides. The structural differences were related primarily to the morphology of the visible carbide precipitates. In the equiaxial crystals zone, clusters of lamellar eutectic precipitates were observed (Fig. 6), whose fraction in the alloy inoculated with cerium was much smaller. In the columnar crystals zone (Fig. 5), both alloys were observed to contain evenly distributed carbides, present inside the grains and at the grain boundaries. The light-coloured precipitates were niobium carbides, containing small amounts of Ni, Cr and Fe (Fig. 5, 6, item 1, Tab. 2). The grey precipitates were complex chromium carbides, containing large amounts of Fe and Ni (Fig. 5, 6, item 2, Tab. 3). Compared to the non-inoculated alloy, an increase in the R02 was observed at similar values of Rm and A8 in the cerium-inoculated specimens cut out from the equiaxial crystals zone. In specimens cut out of the columnar crystals zone, the addition of cerium raised the value of elongation by nearly 30%, reducing the Rm by about 30 MPa, with a comparable R02 (Tab. 4). The nucleation of cracks in the analyzed specimens occurred at the austenite grain boundaries; on the fracture surfaces, the outlines of grains with numerous precipitates are visible: Nb carbides (Fig. 8÷12; item 1) appear as large, single precipitates, Cr carbides (Fig. 8÷12, item 2) form a reticular pattern of elongated particles covering the surface of grains. In the alloy inoculated with cerium, besides Nb and Cr carbides, light-colored precipitates penetrating into the area of Cr carbides, but otherwise distributed along the grain boundaries, were observed (Fig. 11÷14, item 3). Their chemical composition indicates that they are complex precipitates consisting mainly of cerium (47%, Tab. 5).

Słowa kluczowe

PL

własności mechaniczne w wysokiej temperaturze; staliwo austenityczne Ni-Cr-Nb; odlewanie odśrodkowe; struktura kolumnowa i równoosiowa

EN

high temperature mechanical properties; austenitic Ni-Cr-Nb cast steel; centrifugal casting; columnar and equiaxial structure

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 1
• Strony: 43--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tęcza Grzegorz

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlewnictwa, Katedra Inżynierii Stopów i Kompozytów Odlewanych, Kraków

Bibliografia

• [1] Mikułowski B.: Stopy żaroodporne i żarowytrzymałe - nadstopy.Wydawnictwo AGH, Kraków (1997).
• [2] Bojarski Z. i in.: Problemy eksploatacyjne rur katalitycznych reformingu parowego. Praca naukowa Uniwersytetu Śląskiego nr 266, Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego (1978).
• [3] Łabanowski J.: Ocena procesów niszczenia rur katalitycznych W eksploatacji reformerów metanu. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk (2003).
• [4] Kupka M., Wala A.: Wpływ nawęglania na niektóre własności fizyczne staliwa stosowanego na rury reformingowe i pirolityczne. Ochrona Przed Korozją 6 (1979) 148÷151.
• [5] Tęcza G.: Charakterystyka połączeń spawanych W modyfikowanym staliwie Cr-Ni-Nb odlewanym odśrodkowo. Przegląd Odlewnictwa 6 (2007) 12÷16.
• [6] Tęcza G., Zapała R., Kawalec M.: Rola Ti, Zr i Ce w kształtowaniu odporności na nawęglanie staliwa Cr-Ni-Nb. Archives of Foundry Engineering 8 (3) (2008) 144-148.
• [7] Barcik J.: Stopy na rury pirolityczne. Skład chemiczny, struktura, właściwości eksploatacyjne. Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice (1995).
• [8] Zapała R., Głownia J., Ratuszek W., Tęcza G.: Badanie mikrostruktury staliwa Cr-Ni-Nb z mikrododatkami przeznaczonego na rury dla instalacji petrochemicznych. Polska Metalurgia W latach 2002÷2006, Wydawnictwo Naukowe Akapit, Kraków (2006) 431÷436.
• [9] Garbniak M., Piekarski B.: Microstructure of as-cast austenitic cast steel type G-X30NiCrSi30. 18 with additions ofNb and Ti. Proc. Int. Conf. EU- ROMAT°94, Hungary (1994) 555÷559.
• [10] Tęcza G., Głownia J., Boczkal G., Zapała R.: Charakterystyka wytrzymałościowa i strukturalna staliwa Cr25-Ni32-Nb modyfikowanego Ti, Zr i Ce, odlewanego metodą odśrodkową. Polska Metalurgia W latach 2002÷2006, Wydawnictwo Naukowe Akapit, Kraków (2006) 329÷3 34.
• [11] Tęcza G., Zapała R.: Technologia wykonywania odcinków rur odlewanych odśrodkowo z żaroodpornego staliwa Cr-Ni-Nb. XXIII Konferencja Naukowa z okazji Święta Odlewnika, Kraków (2004) 53÷57.
• [12] Zapała R., Tęcza G.: Charakterystyka strukturalna staliwa Cr-Ni z mikrododatkami. XI Międzynarodowa Konferencja Odlewników Polskich, Czeskich i Słowackich, Zakopane-Kościelisko 7÷9 kwietnia (2005) 181÷188.
• [13] Mikułowski B.: Przedłużenie czasu eksploatacji niektórych elementów instalacji chemicznej. Materialy II Krajowej Konferencji Korozyjnej „Korozja 87”, Kraków (1987) 445.
• [14] Zapała R., Głownia J., Mikułowski B.: Zmiany mikrostruktury i wydzieleni węglików w staliwie Cr-Ni po długotrwałej eksploatacji. Archiwum Odlewnictwa, nr 8, PAN - Katowice (2003) 209÷214.
• [15] Tęcza G., Głownia J.: Wpływ modyfikacji staliwa Cr-Ni-Nb odlewanego odśrodkowo na kształtowanie plastyczności w wysokich temperaturach. Archives of Foundry Engineering 8 (4) (2008) 209÷212.
• [16] Tęcza G., Zapała R.: Kształtowanie plastyczności i wytrzymałości w maksymalnych temperaturach pracy staliwa Cr-Ni-Nb odlewanego odśrodkowo przez modyfikację składu chemicznego. Przegląd Odlewnictwa 1-2 (2009) 16÷20.
• [17] Caballero F. G. et al.: Use of titanium and zirconium in centrifugally cast heat resistant steel. Materials Science and Technology 23 (2007) 528÷534.
• [18] Jimenez J. A. et al.: Mechanical behaviour at high temperature of a centrifugally-cast stainless steel tube. ISIJ International 38 (8) (1998) 822÷826.