Mikroanaliza złączy spawanych nadstopów żelaza IN519 i H39WM po eksploatacji

• Autorzy: Jasiński W. , Zawada P. , Kochmański P.

Warianty tytułu

EN

Microanalysis of joint welded iron superalloys IN519 and H39WM after operation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jedną z metod otrzymywania wodoru jest reforming parowy. Endotermiczny proces rozkładu mieszaniny metanu z parą wodną pod ciśnieniem do 4,0 MPa prowadzony jest w temperaturze do 780°C w odlewanych odśrodkowo austenitycznych rurach wypełnionych katalizatorem niklowym. W pracy przedstawiono wyniki badań mikroanalizy rentgenowskiej złączy spawanych odlewanych odśrodkowo rur katalitycznych ze stopu drugiej generacji IN 519 oraz stopu trzeciej generacji H39WM. Badania przeprowadzono na złączach spawanych doczołowo, pobranych z obszaru wlotu substratów o temperaturze pracy ok. 500°C oraz z obszaru maksymalnej prędkości pełzania rur. W warunkach pracy reformerów amoniaku temperatura ścianki zewnętrznej rur przy wylocie produktów zbliża się do 900°C. Efektem długotrwałej eksploatacji są zmiany fazowe i strukturalne zależne od lokalnej temperatury materiału rury. Zmiany te wpływają na właściwości mechaniczne materiału rur i przyczyniają się do inicjacji procesu pełzania, objawiającego się makroskopowo lokalnym powiększeniem średnicy rur. Krańcowym stadium procesu wysokotemperaturowej degradacji mikrostruktury są makropęknięcia doprowadzające do utraty szczelności rur.

EN

Steam reforming is one of the methods to produce hydrogen. The endothermic decomposition process of the mixture consisting of methane and water vapour under a pressure up to 4.0 MPa is conducted at a temperature up to 780°C in austenite iron based alloy pipes cast centrifugally and filled with nickel catalytic agent. The results of microstructure investigations of the welded joints of catalytic pipes cast centrifugally, made of the second generation alloy IN 519 and the third generation alloy H39WM were presented in the article. The microstructural tests were conducted on butt welds drawn from the area of the substrate inlet of a temperature approx. 500°C and from the area of maximum speed of pipe creep. The temperature of the pipe external wall at the outlet of the products approaches 900°C under the operation conditions of ammonia reformers. Long- lasting operation results in phase and structural changes depending on the local temperature of the pipe material. These changes affect the mechanical properties of the pipe material and contribute to initiation of creep process which manifests itself in macroscopic aspect as a local increase in the diameter of the pipes. The extreme stage of the high temperature degradation of the microstructure reveals as macrocracks leading to the loss of pipe leak-tightness.

Słowa kluczowe

PL

reforming; nadstopy; degradacja mikrostruktury

EN

reforming; superalloys; microstructure degradation

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 2
• Strony: 157--160
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jasiński W.

autor

Zawada P.

autor

Kochmański P.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny,

Bibliografia

• [1] Jasiński W., Zawada P.: Struktura odlewanych odśrodkowo rur katalitycznych po długotrwałej eksploatacji. Archiwum Odlewnictwa 7 (3) (2003) 81-86.
• [2] Jasiński W., Zawada P.: Mikrostruktura nadstopu H39WM po 6 letniej eksploatacji. Archiwum Odlewnictwa 18 (6) (2006) 491-496.
• [3] Jasiński W.: Trwałość eksploatacyjna rur katalitycznych reformerów amoniaku. ISBN 978−83−7663−012−0, WUZUT w Szczecinie (2009).
• [4] Jasiński W., Zawada P.: Degradacja rur katalitycznych ze staliwa IN 519 w warunkach reformingu parowego. Inżynieria Materiałowa 151 (3) (2006) 156-159.
• [5] Jasiński W., Zawada P.: Zmiana mikrostruktury złączy spawanych nadstopów żelaza IN519 i H39WM w eksploatacji. Przegląd Spawalnictwa 5 (2008) 36-42.
• [6] Chen Q. Z., Thomas C. W., Knowles D. M.; Characterization of 20Cr32Ni1Nb alloys in as-cast and Ex-Service conditions by SEM, TEM and EDX. Materials Science and Engineering A 374 (2004) 398-408.
• [7] Jasiński W., Kubicki J. and Zawada P.: Procesy wydzieleniowe w początkowym stadium eksploatacji nadstopu Manaurite XM. Archiwum Odlewnictwa 12 (4) (2004) 217-222.
• [8] Ibaňez R., Almeida Soares G., Almeida L., May I.: Effects of Si Content on the Microstructure of Modified-HP Austenitic Steels. Materials Characterization 30 (1993) 243-249.
• [9] Mikułowski B.: Stopy żaroodporne i żarowytrzymałe – Nadstopy. Wydawnictwo AGH, Kraków (1997).
• [10] Jasiński W., Ustasiak M.: Zmiana właściwości materiału rur katalitycznych reformera. Inżynieria Materiałowa 113 (6) (1999) 620-623.
• [11] Rodriguez J., Haro S., Velasco A., Colas R.: A metallographic study of aging in a cast heat-resisting alloy. Materials Characterization 45 (2000) 25-32.
• [12] Jasiński W.: Właściwości materiału rur katalitycznych reformera. Inżynieria Materiałowa 130 (5) (2002) 482-485.
• [13] Jasiński W.: The Changes of the reforming catalytic tubes material structures’. ISSN 1392–1320 Materials Science (Medżiagotyra) 4 (8) (2002) 399-402.
• [14] Ray A. K., Sinha S. K., Tiwari Y. N., Swaminathan J., Das G., Chaudhuri S., Singh R.: Analysis of failed reformer tubes. Engineering Failure Analysis10 (2003) 351-362.
• [15] Jasiński W.: Analiza fazowa materiału rur katalitycznych reformerów amoniaku. Inżynieria Materiałowa 137 (6) (2003) 306-309.
• [16] Almeida L. H., Riberio A. F., May I. L.; Microstructural characterization of modified 25Cr-35Ni centrifugally cast steel furnace tubes. Materials Characterization 49 (2003) 219-229.
• [17] Guan K., Xu H., Wang Z.: Analysis of failed ethylene cracking tubes. Engineering Failure Analysis 12 (2005) 420-431.
• [18] May I. L. Silveira T. L., Vianna C. H.: Criteria for the evaluation of damage and remaining life in reformer furnace tubes. International Journal of Pressure Vessels and Piping 78 (2001) 985-994.
• [19] Gong J-M., Tu S-T., Yoon K-B.: Damage assessment and maintenance strategy of hydrogen reformer furnace tubes. Engineering Failure Analysis 6 (1999) 143-153.
• [20] Bhaumik S. K. i in.: Failure of reformer tube of an ammonia plant. Engineering Failure Analysis 9 (2002) 553-561.
• [21] Haro R. S. i in.: Microstructural factors that determine the weldability of a high Cr-high Si HK 40 alloy. Materials Chemistry and Physics 66 (2000) 90-96.
• [22] Haro S. i in.: Microstructural analysis of heat-resistant welded pipes. Materials Characterization 51 (2003) 21-27.
• [23] Dupont J. N. Robino C. V., Marder A. R.: Modeling solute redistribution and microstructural development in fusion welds of Nb-bearing superalloys. Acta Materialia 46 (13) (1998) 4781-4790.
• [24] Banerjee K., Richards N. L., Chaturvedi M. C.: Effect of Filler Alloys on Heat-Affected Zone Cracking in Preweld Heat-Treated IN-738 LC Gas-Tungsten-ARC Welds. Metallurgical and Materials Transactions 36A (2005) 1881-1890.