Wpływ długotrwałej eksploatacji na zmianę właściwości użytkowych materiału komór przegrzewaczy pary pracujących w warunkach pełzania wykonanych z martenzytycznej stali X20CrMoV11-1

Dobrzański, J.; Cieśla, M

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wpływ długotrwałej eksploatacji na zmianę właściwości użytkowych materiału komór przegrzewaczy pary pracujących w warunkach pełzania wykonanych z martenzytycznej stali X20CrMoV11-1

Autorzy

Dobrzański J. , Cieśla M

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

The effect of long-term service on changes in functional properties of the material of steam superheater chambers made of X20CrMoV11-1 martensitic steel and operated under creep conditions

Języki publikacji

Abstrakty

Praca zawiera ocenę wpływu długotrwałej eksploatacji na zmianę mikrostruktury i właściwości mechanicznych stali X20CrMoV11-1 stosowanej na komory przegrzewacza pary. Materiał do badań stanowiła stal w stanie wyjściowym i po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania (powyżej 100 tys. godzin). Wyznaczono podstawowe właściwości mechaniczne, próg kruchości badanych materiałów i ich odporności na kruche pękanie (δu) w odniesieniu do stanu mikrostruktury po eksploatacji. Przeprowadzono badania laboratoryjne symulujące procesy niszczenia zachodzące w warunkach pracy obiektu. Wyznaczono trwałość i trwałość resztkową na podstawie wyników skróconych prób pełzania oraz charakterystyki zmęczenia niskocyklowego i zmęczenia cieplno-mechanicznego materiału i odniesiono do stanu mikrostruktury po eksploatacji. Próby pełzania wykonano przy stałym poziomie naprężenia σ =100 MPa oraz stałym poziomie temperatury o różnych wartościach T = 600, 620, 640, 660 i 680°C. Próby zmęczenia niskocyklowego wykonano w temperaturze pokojowej oraz 550°C, a zmęczenia cieplno-mechanicznego w zakresie zmiany temperatury od 250°C do 550°C. Uzyskane wyniki badań będą niezbędne w prognozowaniu trwałości obiektów pracujących powyżej temperatury granicznej wykonanych ze stali X20CrMoV11-1 eksploatowanych w warunkach pełzania z udziałem obciążeń cieplno-mechanicznych.

This paper includes an assessment of the effect of long-term service on changes in microstructure and mechanical properties of X20CrMoV11-1 steel used for steam superheater chambers. The test specimen was steel in initial state and after long-term service under creep conditions (above 100 thousand hours). Basic mechanical properties, nil ductility transition temperature and resistance to brittle cracking (δu) with reference to the microstructural state after service were determined for the tested materials. Laboratory tests simulating the destruction processes under the plant’s working conditions were conducted. Life and residual life were determined based on the results of abridged creep tests and characteristics of low-cycle and thermo-mechanical fatigue of the material and referred to the microstructural state after service. Creep tests were carried out at constant stress of σ = 100 MPa and constant temperature with different values of T= 600, 620, 640, 660 and 680°C. Low-cycle fatigue tests were carried out at room temperature and at 550°C, while thermo-mechanical fatigue tests were carried out at a temperature changing between 250°C and 550°C. The obtained test results will be necessary for forecasting the life of plants made of X20CrMoV11-1 steel working above the limit temperature and operated under creep conditions with thermo-mechanical stresses.

Słowa kluczowe

komora przegrzewacza pary trwałość pełzanie wyczerpanie zmęczenie niskocyklowe zmęczenie cieplno-mechaniczne kruche pękanie

superheater chamber durability creep exhaustion low-cycle fatigue thermo-mechanical fatigue brittle fracture

Wydawca

Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica

Czasopismo

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

Rocznik

2013

Tom

T. 65, nr 4

Strony

23--38

Opis fizyczny

Bibliogr. 32 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Dobrzański J.

Instytut Metalurgii Żelaza

autor

Cieśla M

Politechnika Śląska

Bibliografia

1. Mutwil K., Cieśla M.: Konstrukcyjne i eksploatacyjne uwarunkowania procesów pękania komór przegrzewaczy pary. Inżynieria Materiałowa, nr 6, 2007, s. 914 – 919
2. Okrajni J., Cieśla M., Mutwil K.: Prognozowanie trwałości elementów urządzeń energetycznych. Inżynieria Materiałowa nr 1, 2005, s. 15-20
3. Okrajni J., Mutwil K., Cieśla M., Essler W: Badania procesów pękania i ocena trwałości grodziowych przegrzewaczy pary. Konf. nt.: Problemy i innowacje w remontach energetycznych - PIRE 2005, Szklarska Poręba 2005
4. Okrajni J., Marek A., Junak G.: Description of the deformation process under thermo-mechanical fatigue. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, vol. 21, issues 2, April 2007, s. 15-23
5. Okrajni J., Plaza M., Marek A.: „Zmęczenie cieplno- mechaniczne elementów urządzeń energetycznych”, Energetyka XIV/2007
6. Mutwil K., Cieśla M.: Ocena wpływu podziałki króćców wlotowych na wytężenie komory przegrzewacza pary P3. X Konferencja Naukowo-Techniczna nt.” Projektowanie i Innowacje w Remontach Energetycznych – PIRE 2008”, Ustroń 26 – 28.11.2008. Energetyka, Zeszyt Tematyczny nr XVIII, 2008, s. 85 – 88
7. Dobrzański J., Zieliński A., Zieliński K., Wodzyński J.: Projekt celowy Nr 7 T08B 254 2000 C/5153: Modernizacja węzłów przegrzewaczy instalacji ciśnieniowej wysokoprężnych kotłów parowych; tytuł prac badawczo-rozwojowych: Dobór i zbadanie materiałów, opracowanie unowocześnionej konstrukcji oraz wykonanie nowych elementów przegrzewaczy pary dla kotłów w blokach 360 i 500 MW, Gliwice, 2001-2003 (maszynopis niepublikowany)
8. Dobrzański J, Zieliński A., Zieliński K., Wodzyński J.: Modernizacja węzłów przegrzewaczy instalacji ciśnieniowej wysokoprężnych kotłów parowych, Prace IMŻ 2005, t.57, nr 4, s.15-18
9. Dobosiewicz J.: „Ocena ryzyka niezawodnej eksploatacji komór przegrzewaczy kotłów parowych”, Dozór Techniczny, 2009, nr 3, s. 50-56
10. Dobosiewicz J., Badania Diagnostyczne urządzeń cieplno-mechanicznych w energetyce, Biuro Gamma, Warszawa, 1999
11. Hernas A., Dobrzański J.: Trwałość i niszczenie elementów kotłów i turbin parowych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej Gliwice, 2003
12. Praca zbiorowa pod redakcją Adama Hernasa, Materiały i technologie do budowy kotłów nadkrytycznych i spalarni odpadów, Wyd. Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Przemysłu Hutniczego w Polsce, Katowice, 2009.
13. Hernas A., Dobrzański J., Kiełbus A.: Degradation of microstructure and properties of X20CrMoV121 steel after long-term service, Proceedings of the European Metallographic Conference and Exhi¬bition EURO MET, Saarbrücken, Germany, 2000
14. Zbroińska E., Dobosiewicz J.: Uszkodzenia komór przegrzewaczy kotłów parowych, Energetyka 1993, nr 1
15. Hernas A., Kiełbus A., Dobrzański J., Nowak W: Degradation of superheater headers during long-term service, Inżynieria Materiałowa 4 (2001), s 376-379
16. Wyrzykowski J.W., Pleszakow E., Sieniawski J.: Odkształcanie i pękanie metali, WNT, 1999
17. German J., Biel-Gołaska M.: Podstawy i Zastosowanie Mechaniki Pękania w Zagadnieniach Inżynierskich, Instytut Odlewnictwa, Kraków 2004
18. Kocańda A.: Trwałość zmęczeniowa stali narzędziowych do obróbki plastycznej na zimno przy małej liczbie cykli obciążeń, praca doktorska, Politechnika Warszawska, Warszawa 1976
19. Żuchowski R.: Zmęczenie cieplne metali i elementów konstrukcji, Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Seria Monografie 15, 1981
20. Rusiński E., Smolnicki T, Wyszyński J.: Numeryczna symulacja wytężenia komory drugiego stopnia przegrzewacza w kotłach Elektrowni Turów, Przegląd Mechaniczny Zeszyt 5-6, 1999
21. Czmochowski J., Górski A., Iluk A., Wyszyński J.: Numeryczna weryfikacja wytężenia przegrzewacza grodziwego kotła energetycznego. VI Międzynarodowa Konferencja Naukowa Computer aided engineering, Polanica Zdrój 2002
22. Mutwil K., Cieśla M.: Ocena wytężenia komór przegrzewaczy pary w ustalonych warunkach pracy kotła energetycznego, VII Międzynarodowa Konferencja Naukowa Computer aided engineering, Polanica Zdrój 2004
23. Neimitz A.: Mechanika Pękania, PWN, Warszawa 1998
24. Neimitz A., Dzioba I., Graba M., Okrajni J.: Ocena wytrzymałości, trwałości i bezpieczeństwa pracy elementów konstrukcyjnych zawierających defekty, Wyd. Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2008
25. Bochenek A.: Elementy mechaniki pękania, Wyd. Politechniki Częstochowskiej 1998
26. German J.: Podstawy mechaniki pękania, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków, 2005
27. PN-87/H-04335, "Metoda badania odporności na pękanie w płaskim stanie odkształcenia", PKN,MiJ, 1987
28. BS7448, Part 1:1991, Fracture machanics toughness tests, Part1. Method for determination of KIc, critical CTOD and ctitical J values of metallic materials
29. Dobrzański J: The classification method and the technical condition evaluation of the critical elements’ material of power boilers in creep service made from the 12Cr-1Mo-V, Journal of Materials Processing Technology 164-165 (2005) 785-794
30. Dobrzański J.: Materiałoznawcza interpretacja trwałości stali dla energetyki, Monografia, Open Access Library, Volume 3, 2011
31. Dobrzański J., Hernas A., Moskal G.: Microstructural degradation in power plant steels, Chapter No. 9 in book: J.E. Oakey (ed.), Power plant life management and performance improvement, Woodhead Publishing Limited, Sawston, UK, 2011
32. Dobrzański J., Zieliński A: Ocena trwałości eksploatacyjnej stali energetycznych pracujących powyżej temperatury granicznej w oparciu o skrócone próby pełzania, Materiały IX Seminarium naukowo-technicznego nt. Badania materiałowe na potrzeby elektrowni i przemysłu energetycznego, Zakopane, 2002, s. 97-108

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-4d2ffa2d-a4c1-4d93-93d9-d5b85db818ce