Utlenianie stali X10CrMoVNb9-1 podczas eksploatacji w wysokiej temperaturze

• Autorzy: Gwoździk M.

Warianty tytułu

EN

Oxidation of X10CrMoVNb9-1 steel operated at high temperature

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca zawiera wyniki badań dotyczących utleniania stali X10CrMoVNb9-1 (P91) od strony spalin długotrwale eksploatowanej w podwyższonej tem- peraturze (rys. 1, tab. 1). Na próbkach pobranych z rurociągu pary świeżej eksploatowanego długotrwale w podwyższonej temperaturze przeprowadzo- no obserwacje mikroskopowe na przekroju przy powierzchni zewnętrznej ścianki rury za pomocą mikroskopu świetlnego GX41 firmy Olympus (rys. 2, 3). Wykonano analizę składu chemicznego poszczególnych warstw tlen- kowych na mikroskopie elektronowym skaningowym (SEM) JSM-6610LV firmy JEOL współpracującym z mikroanalizatorem rentgenowskim typu EDS firmy Oxford (rys. 5, 6). Rentgenowską analizę fazową przeprowadzo- no na dyfraktometrze rentgenowskim Seiffert 3003T/T z lampą kobaltową o długości fali λ Co = 0,17902 nm (rys. 4). W identyfikacji faz wykorzystano program komputerowy i bazę danych krystalograficznych DHN PDS. Bada- nia przeprowadzono na powierzchni zewnętrznej rury, następnie powierzch- nię warstwy usuwano i ponownie wykonywano pomiary dyfrakcyjne w celu określenia składu fazowego poszczególnych warstw tlenkowych powstałych na badanej stali. Stwierdzono, że w wyniku długotrwałej eksploatacji stali X10CrMoVNb9-1 w temperaturze 535°C na powierzchni zewnętrznej (stro- na spalin) powstaje hematyt (Fe 2 O 3 ). Następnie poniżej hematytu pojawia się magnetyt (Fe 3 O 4 ). Dalej w głąb warstwy występuje strefa zawierająca spinele (Fe 3 O 4 + FeCr 2 O 4 ). Całkowity zanik refleksów pochodzących od he- matytu zaobserwowano na głębokości 60 μm. W przypadku Fe 3 O 4 i FeCr 2 O 4 największa intensywność występuje po spolerowaniu na głębokość od 36 do 84 μm. Stwierdzono również, że podczas długotrwałej eksploatacji ba- danej stali następuje degradacja warstwy tlenków przez powstawanie porów (zwłaszcza w warstwie magnetytu) i szczelin (w warstwie magnetytu i na granicy magnetyt-spinel).

EN

The paper contains results of studies into formation of oxide layers on X10CrMoVNb9-1 (P91) steel (from the exhaust gas) long-term operated at an elevated temperature (Fig. 1, Tab. 1). The microscopic examinations of the oxides layer were performed on a cross-section close to the outside surface of tube wall using an Olympus GX41 light microscope (Fig. 2, 3). The indi- vidual oxide layers was analyzed on a scanning electron microscope (SEM) JSM-6610LV by JEOL which cooperated with EDX microanalyzer by Ox- ford (Fig. 5, 6). X-ray (XRD) measurements were performed on a Seiffert 3003T/T X-ray spectrometer with a cobalt target tube ( λ Co = 0.17902 nm) (Fig. 4). In order to phase identification a computer program and DHN PDS crystallographic database were used. The studies were carried out on the outer surface of the tube, and then the layer surface was removed and the dif- fraction measurements were performed again to determine individual oxide layers. It has been found that a three-zone oxide layer is formed as a result of long-term operation of P91 steel at the temperature 535°C. Hematite (Fe 2 O 3 ) occurs on the outer surface of the tube. Then magnetite (Fe 3 O 4 ) appears be- low hematite. Going deeper into the layer there is a spinel (Fe 3 O 4 + FeCr 2 O 4 ). A total disappearance of intensity for Fe 2 O 3 is observed at the polishing depth of 60 µm. In the case of Fe 3 O 4 and FeCr 2 O 4 the strongest intensity occurs after polishing to a depth of 36 to 84 μm. In has been found that during a long-term operation of X10CrMoVNb9-1 steel the oxide layer is subject to degradation by the origination of pores (especially in the magnetite) and cracks (in magnetite and at the border magnetite-spinel).

Słowa kluczowe

PL

hematyt; magnetyt; spinel; mikroskopia świetlna; SEM

EN

hematite; magnetite; spinel; optical microscopy; SEM; XRD

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 5
• Strony: 409--412
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gwoździk M.

• Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Politechnika Częstochowska

Bibliografia

• [1] Trzeszczyński J.: Ocena stanu technicznego i prognozowanie trwałości elementów krytycznych urządzeń cieplno-mechanicznych przewidzianych do eksploatacji powyżej 300 000 godzin. XII Sympozjum Informacyjno- Szkoleniowe: Diagnostyka i remonty urządzeń cieplno-mechanicznych elektrowni. Modernizacje urządzeń energetycznych w celu przedłużenia ich eksploatacji powyżej 300 000 godzin. Wisła (2010) 11÷21.
• [2] Hernas A., Moskal G., Augustyniak B., Chmielewski M.: Degradacja austenitycznej stali 321H podczas długotrwałej eksploatacji. Energetyka. Zeszyt tematyczny nr XIX, Projektowanie i innowacje remontowe w energetyce (2009) 65÷69.
• [3] Hernas A., Moskal G., Przegaliński K.: Degradacja stali T91 oraz HCM12(A) po 70 000 godzinach ekspozycji w kotle. Energetyka. Zeszyt tematyczny nr XIX, Projektowanie i innowacje remontowe w energetyce (2009) 69÷72.
• [4] Pasternak J., Dobrzański J.: Properties of welded joints on superheater coils made from new generation high alloy martensitic steels connected to austenitic creep-resisting steels and supper alloy grades, for supercritical parameters. Advanced Materials Research 278 (2011) 466÷471.
• [5] Dobrzański J., Zieliński A., Krztoń H.: Mechanical properties and structure of the Cr-Mo-V low alloyed steel after long-term service in creep condition. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 23/1 (2007) 39÷42.
• [6] Klepacki F., Wywrot D.: Trwałość wężownic przegrzewaczy wtórnych w warunkach niskoemisyjnego spalania. XII Sympozjum Informacyjno- Szkoleniowe. Diagnostyka i remonty urządzeń cieplno-mechanicznych elektrowni. Modernizacja urządzeń energetycznych w celu przedłużania ich eksploatacji powyżej 300 000 godzin. Wisła (2010) 29÷35.
• [7] Dobosiewicz J., Brunne K.: Ultradźwiękowy pomiar grubości warstwy tlenków na powierzchni wewnętrznej. Energetyka 6 (2007) 102÷107.
• [8] Gwoździk M., Nitkiewicz Z.: Charakterystyka odporności na zarysowanie warstwy tlenkowej powstałej na stali P91. Inżynieria Materiałowa 4/182 (2011) 435÷438.
• [9] Gwoździk M.: Charakterystyka warstw tlenkowych powstałych na stali P91 długotrwale eksploatowanej w podwyższonej temperaturze. Inżynieria Materiałowa 2/180 (2011) 128÷131.
• [10] Gwoździk M.: Charakterystyka warstw tlenkowych powstałych na stali 10CrMo9-10 długotrwale eksploatowanej w podwyższonej temperaturze. Hutnik-Wiadomości Hutnicze 78 (9) (2011) 781÷783.
• [11] Gwoździk M.: Analiza zdefektowania warstw tlenkowych na stali X10CrMoVNb9-1 długotrwale eksploatowanej w temperaturze 535°C. Inżynieria Materiałowa 4/182 (2011) 432÷434.
• [12] Bala H.: Korozja materiałów – teoria i praktyka. Wyd. WIPMiFS Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa (2002) 190.