Wpływ długotrwałego oddziaływania temperatury i naprężenia na trwałość eksploatacyjną stali HR3C i jej jednorodnego złącza spawanego

• Autorzy: Zieliński A. , Dobrzański J. , Rozmus R. , Kania Z.

Warianty tytułu

EN

Effect of long-term exposure to temperature and stress on the service life of the HR3C steel and its homogeneous welded joint

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stal HR3C jest nową stalą przeznaczoną do budowy elementów ciśnieniowych kotłów o nadkrytycznych parametrach pracy. W stali tej podczas eksploatacji w podwyższonej temperaturze, dzięki dodatkom Cr, Nb i N wydzielają się związki typu MX, NbCrN i M23C6, co prowadzi do zmiany właściwości mechanicznych. W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury po starzeniu tej stali w temperaturze 650, 700 i 750°C w czasie do 10 000 godz. Badania mikrostruktury przeprowadzono przy użyciu skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Identyfikację jakościową i ilościową występujących wydzieleń wykonano metodą rentgenowskiej analizy fazowej. Opisano wpływ podwyższonej temperatury na zmiany w mikrostrukturze badanej stali. Przeprowadzono skrócone próby pełzania. Uzyskane wyniki stanowią podstawę charakterystyk materiałowych stali nowej generacji, które są wykorzystane w diagnostyce materiałowej elementów części ciśnieniowej kotłów energetycznych.

EN

HR3C steel is a new steel designed for the construction of pressure components for boilers with supercritical performance. In this steel, during operation at elevated temperatures, the compounds MX, NbCrN and M23C6 are released due to the addition of Cr, Nb and N, leading to a change in mechanical properties. The paper presents the results of microstructure studies after ageing of this steel at 650, 700 and 750°C for up to 10,000 hours. Microstructure studies were carried out using scanning and transmission electron microscopy. Qualitative and quantitative identification of the occurring precipitations was carried out using X-ray phase analysis. The effect of elevated temperature on chan ges in the microstructure of the investigated steel is described. Shortened creep tests were carried out. The obtained results are the basis for material characteristics of the new generation steel used in material diagnostics of pressure components of power boilers.

Słowa kluczowe

PL

pełzanie; mikrostruktura; wydzielenia

EN

creep; microstructure; precipitations

• Wydawca: Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Prace Instytutu Metalurgii Żelaza
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 69, nr 2
• Strony: 48--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Zieliński A.

• Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica

autor

Dobrzański J.

• Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica

autor

Rozmus R.

• Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica

autor

Kania Z.

• Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica

Bibliografia

• [1] A. Zieliński, Trwałość eksploatacyjna żarowytrzymałych stali o osnowie ferrytycznej w warunkach długotrwałego oddziaływania temperatury, Monografia Nr 7, Gliwice 2016.
• [2] M. Sroka, M. Nabiałek, M. Szota, A. Zieliński, The Influence of the Temperature and Ageing Time on the NiCr23Co12Mo Alloy Microstructure. Revista de Chimie 68 (4) (2017) 737–741.
• [3] T. Dudziak, V. Deodeshmukh, L. Backert, N. Sobczak, M. Witkowska, W. Ratuszek, K. Chruściel, A. Zieliński, J. Sobczak, G. Bruzda, Phase Investigations Under Steam Oxidation Process at 800oC for 1000 h of Advanced Steels and Ni-Based Alloys. Oxidation of Metals (2016) 87 (1–2) (2017) 139–158. doi:10.1007/s11085-016-9662-8.
• [4] G. Golański, C. Kolan, A. Zieliński, K. Klimaszewska, A. Merda, M. Sroka, J. Kłosowicz, Microstructure and mechanical properties of HR3C austenitic steel after service. Archives of Materials Science and Engineering 81 (2) (2016) 62–67.
• [5] A. Zieliński, M. Sroka, A. Hernas, M. Kremzer, The effect of long-term impact of elevated temperature on changes in microstructure and mechanical properties of HR3C steel. Archives of Metallurgy and Materials 61 (2) (2016) 761–765.
• [6] J. Dobrzański, A. Zieliński, H. Purzyńska, The life time of super 304H austenitic steel power boiler components under the unstable operation conditions. Archives of Materials Science and Engineering 76 (2) (2015) 115–121.
• [7] A. Zieliński, G. Golański, M. Sroka, J. Dobrzański, Estimation of long-term creep strength in austenitic power plant steels. Materials Science and Technology 32 (8) (2016) 780–785. doi: 10.1179/1743284715Y.0000000137.
• [8] A. Zieliński, Structure and properties of Super 304H steel for pressure elements of boilers with ultra-supercritical parameters. Journal of Achievements of Materials and Manufacturing Engineering 55 (2) (2012) 403–409.
• [9] K.-H. Mayer, F. Masuyama, The development of creep – resistant steels, Creep resistant steels, (ed. Abe F., Kern T.–U., Viswanathan R.), Woodhead and Maney Publishing, Cambridge 2008, 15–77.
• [10] X. Bai, J. Pan, G. Chen, J. Liu, J. Wang, T. Zhang, W. Tang, Effect of high temperature aging on microstructure and mechanical properties of HR3C heat resistant steel. Materials Science and Technology 30 (2) (2014) 205–210.
• [11] J. Erneman, M. Schwind, H.-O. Andrén, J.-O. Nilsson, A. Wilson, J. Ǻgren, The evolutionof primary and secondary niobium carbonitrides in AISI 347 stainless steel during manufacturing and long-term ageing, Acta Mater. 54 (1) (2006) 67–76.
• [12] PN-EN ISO 643: 2013-06, Micrographic determination of the apparent grain size.
• [13] A. Hernas, J. Dobrzański, J. Pasternak, S. Fudali, Charakterystyki nowej generacji materiałów dla energetyki. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2015.
• [14] Q.R. Chen, G.N. Stamatelopolous, A. Helmrich, J. Heinemann, K. Maile, A. Klenk, Materials Qualification for 700℃ Power Plants, Fifth International Conference on Advances In Materials Technology for Fossil Power Plants, U.S., October 3–5, 2007.
• [15] J.P. Shingledecker, R.W. Swindeman, Q. Wu., V.K. Vasudevan, Creep Strength of High Temperature Alloys for USC Steam Boilers, Proc, to the 4th Int. Conf. on Adv. In Mat. Technol. For Fossil Power Plants, 2005.
• [16] A. Iseda, H. Okada, Creep properties and Microstructuren of Super 304, TP347/HFG, HR3C, w Mat. Conf. EPRI 2007.
• [17] Vd TÜV Material data sheet: 546 Supplement 12.2009.
• [18] A. Zieliński, Modelowanie trwałości materiałów dla nowoczesnej energetyki na podstawie prób pełzania. Projekt NCN 2011/01/D/ST8/07219.
• [19] Y.Y. Fang, J. Zhao, N.X. Li, Precipitates in HR3C steel aged AT high temperature, Acta Metall. Sinica 46 (7) (2010) 844–849.
• [20] B. Wang, Z.-C. Liu, S.-C. Cheng, C.-M. Liu, J.-Z. Wang, Microstructure Evolution and Mechanical Properties of HR3C Steel during Long-term Aging at High Temperature. Journal of Iron and Steel Research, International, 21 (8) (2014) 765–773

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018)