Strukturalne przyczyny uszkodzeń rur odlewanych odśrodkowo ze staliwa austenitycznego

• Autorzy: Krawczyk J. , Bała P. , Pawłowski B. , Kąc S.

Warianty tytułu

EN

Structural reasons of damages of centrifugally cast pipes of austenitic steel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono szczegółowy opis mikrostruktury odlewanej odśrodkowo rury ze staliwa austenitycznego rodzaju T 20.10. W mikrostrukturze badanej rury widoczna jest siatka wydzieleń po granicach ziaren austenitu oraz występujące w położeniach międzydendrytycznych wydzielenia przypominające eutektykę. Na podstawie dużej zawartości chromu oraz małej zawartości niklu i krzemu (w porównaniu z osnową) w wydzieleniach występujących w obszarach międzydendrytycznych stwierdzono, że są to eutektyki węglikowe powstałe podczas krystalizacji. Analiza składu chemicznego obszarów wokół wydzieleń eutektyki pozwoliła wysunąć przypuszczenie, iż są to obszary wydzieleń fazy ? (międzymetaliczna faza Cr-Fe). Podobnie, bardzo duża zawartość chromu oraz niska zawartość niklu i krzemu w porównaniu z osnową wskazuje, że na granicach ziaren austenitu wydzieliła się ciągła siatka węglików bogatych w chrom, najprawdopodobniej węglików M23C6. W pobliżu wydzieleń eutektyki oraz w pobliżu wydzielonej na granicach ziaren ciągłej siatki węglików, w wyniku zmian w składzie chemicznym zachodzi lokalnie przemiana eutektoidalna i tworzy się perlit. Mikrostrukturę badanych próbek określono jako charakterystyczną dla stanu lanego. Scharakteryzowano również rolę obserwowanej mikrostruktury w powstawaniu uszkodzeń eksploatacyjnych rur. Pęknięcie badanej staliwnej rury nastąpiło wzdłuż ciągłej siatki wydzieleń węglików po granicach ziaren austenitu. Obserwacja powstałego przełomu wykazała, ze ma on charakter kruchy ma charakter kruchy. Zarodkowanie pęknięć następowało na wydzieleniach węglików. W zarodkowaniu pęknięć pomagało odkształcenie plastyczne warstwy przypowierzchniowej rury.

EN

The detailed description of the microstructure of the centrifugally cast pipe of T 20.10 austenitic steel is given in the paper. A network of precipitates on the austenite grain boundaries as well as precipitates similar to eutectic in interdendritic positions can be seen in this microstructure. It was found, on the basis of a large chromium content and small nickel and silicon content (as compared to the matrix) in precipitates occurring in interdendritic zones, that those are carbon eutectics formed during the crystallisation. The analysis of the chemical composition of areas around eutectic precipitations allowed to suggest that those are zones of ? phase precipitates (intermetallic Cr-Fe phase). In a similar fashion, a very large chromium and small nickel and silicon content indicates that a continuous network of carbides rich in chromium, the most probably M23C6 carbides, precipitated on the austenite grain boundaries. A local eutectoidal change - leading to the perlite formation in the vicinity of eutectic precipitates and the continuous network of carbides on grain boundaries - occurred due to the chemical composition changes. The microstructure of the investigated samples was determined as characteristic for as-cast condition. The role played by the observed microstructure in the formation of exploitation damages of pipes was also characterised. A crack of the investigated steel pipe occurred along the continuous network of carbide precipitates on the austenite grain boundaries. The observed fracture indicated its brittle character. The crack nucleation took place on the carbide precipitates. A plastic deformation of the near-surface layer helped the crack nucleation.

Słowa kluczowe

PL

odlewnictwo; staliwo austenityczne

EN

founding; austenitic steel

• Wydawca: Stowarzyszenie Techniczne Odlewników Polskich
• Czasopismo: Przegląd Odlewnictwa
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol.59, nr 11-12
• Strony: 604--610
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il.

Twórcy

autor

Krawczyk J.

autor

Bała P.

autor

Pawłowski B.

autor

Kąc S.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Bibliografia

• 1. SUN Y., AHLATCI H., OZDOGRU E., CIMENOGLU H.: Dry sliding wear behaviour of Fe–0.4C–25Cr–XNi cast steels. Wear 261, 3-4 (2006), pp. 338–346
• 2. SHI S., LIPPOLD J.C.: Microstructure evolution during service exposure of two cast, heat-resisting stainless steels - HP–Nb modified and 20–32Nb. Materials Characterization 59, 8 (2008), pp. 1029–1040
• 3 PIEKARSKI B.: Effect of Nb and Ti additions on microstructure, and identification of precipitates in stabilized Ni-Cr cast austenitic steels. Materials Characterization 47, 3-4 (2001), pp. 181–186
• 4. SUN Y.: Response of cast austenitic stainless steel to low temperature plasma carburizing. Materials & Design 30, 4 (2009), pp. 1377–1380
• 5. NUNES F.C., DILLE J., DELPLANCKE J.-L., DE ALMEIDA L.H.: Yttrium addition to heat-resistant cast stainless steel. Scripta Materialia 54, 9 (2006), pp. 1553–1556
• 6. NUNES F.C., DE ALMEIDA L.H., DILLE J., DELPLANCKE J.-L., LE MAY I.: Microstructural changes caused by yttrium addition to NbTi-modified centrifugally cast HP-type stainless steels. Materials Characterization 58, 2 (2007), pp. 132–142
• 7. DE ALMEIDA L.H., RIBEIRO A.F., LE MAY I.: Microstructural characterization of modified 25Cr–35Ni centrifugally cast steel furnace tubes. Materials Characterization 49, 3 (2002), pp. 219–229
• 8. WU X.Q., JING H.M., ZHENG Y.G., YAO Z.M., KE W., HU Z.Q.: The eutectic carbides and creep rupture strength of 25Cr20Ni heat-resistant steel tubes centrifugally cast with different solidification conditions. Materials Science and Engineering A 293, 1-2 (2000), pp. 252–260
• 9. GAO J.W., WANG C.Y.: Modeling the solidification of functionally graded materials by centrifugal casting. Materials Science and Engineering A 292, 2 (2000), pp. 207–215
• 10.YAE KINA A., SOUZA V.M., TAVARES S.S.M., SOUZA J.A., DE ABREU H.F.G.: Influence of heat treatments on the intergranular corrosion resistance of the AISI 347 cast and weld metal for high temperature services. Journal of Materials Processing Technology 199, 1-3 (2008), pp. 391–395
• 11. BOSE S.C., SINGH K., RAY A.K., GHOSH R.N.: Effect of thermal ageing on mechanical properties and microstructures of a standard G-X 12 CrMoVWNbN 1011 grade of cast steel for turbine casing. Materials Science and Engineering A 476, 1-2 (2008), pp. 257–266
• 12. RODRÍGUEZ J., HARO S., VELASCO A., COLÁS R.: A metallographic study of aging in a cast heat-resisting alloy. Materials Characterization 45, 1 (2000), pp. 25–32
• 13. BRANZA T., DESCHAUX-BEAUME F., SIERRA G., LOURS P.: Study and prevention of cracking during weld-repair of heat-resistant cast steels. Journal of Materials Processing Technology 209, 1 (2009), pp. 536–547
• 14. CICERO S., SETIÉN J., GORROCHATEGUI I.: Assessment of thermal aging embrittlement in a cast stainless steel valve and its effect on the structural integrity. Nuclear Engineering and Design 239, 1 (2009), pp. 16–22
• 15. SILVA I.C., REBELLO J.M.A., BRUNO A.C., JACQUES P.J., NYSTEN B., DILLE J.: Structural and magnetic characterization of a carburized cast austenitic steel. Scripta Materialia 59, 9 (2008), pp. 1010–1013
• 16. SWAMINATHAN J., PRASAD P., GUNJAN M.K., GUGLOTH K., ROY P.K., SINGH R., GHOSH R.: Mechanical strength and microstructural observations for remaining life assessment of service exposed 24Ni–24Cr–1.5Nb cast austenitic steel reformer tubes. Engineering Failure Analysis 15, 6 (2008), pp. 723–735
• 17. SHINGLEDECKER J.P., MAZIASZ P.J., EVANS N.D., POLLARD M.J.: Creep behavior of a new cast austenitic alloy. International Journal of Pressure Vessels and Piping 84, 1-2 (2007), pp. 21–28