Trwałość eksploatacyjna materiału elementów pracujących w warunkach pełzania w energetycznych urządzeniach wysokociśnieniowych

• Autorzy: Dobrzański J. , Zieliński A. , Purzyńska H. , Dziuba-Kałuża M. , Matusik M.

Warianty tytułu

EN

Life time of the material of elements working under creep conditions in high-pressure power units

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono dobór rodzaju badań w zależności od czasu eksploatacji i rodzaju elementu dla oceny stanu materiału i prognozy trwałości eksploatacyjnej w energetycznych urządzeniach wysokociśnieniowych. Określono względne udziały procesów powodujących zmiany w strukturze materiału podczas pełzania w zależności od stopnia wyczerpania. Dokonano klasyfikacji zmian w strukturze w zależności od dostępności materiału z uszkodzeniami i bez uszkodzeń wewnętrznych. Badano zmiany w strukturze stali pracujących w warunkach pełzania, w tym klasę rozpadu perlitu / bainitu i/lub martenzytu, rozwoju procesów wydzieleniowych i rozwoju wewnętrznych uszkodzeń w zależności od stopnia wyczerpania. Metodologię oceny stanu badanych stali po eksploatacji w warunkach pełzania na podstawie oceny zmian w strukturze procesów składowych tzn.: zmian w strukturze perlitu, bainitu lub martenzytu, zmian w zakresie rozwoju procesów wydzieleniowych oraz zmian w zakresie rozwoju uszkodzeń wewnętrznych odniesionych do stopnia wyczerpania przedstawiono na przykładzie stali niskostopowych i stali X20CrMoV12-1. Poziom wybranych właściwości mechanicznych, twardość, temperaturę przejścia w stan kruchy w zależności od klasy struktury i odpowiadającego jej stopnia wyczerpania przedstawiono na przykładzie stali 14MoV6-3 i X20CrMoV12 -1 po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania. Sporządzono wykresy resztkowej wytrzymałości na pełzanie w postaci zależności σb = f(LM) w zależności od klasy struktury i stanu rozwoju procesów wydzieleniowych węglików na przykładzie stali 13CrMo4-5. Wyznaczoną trwałość resztkową w zależności od czasu do zerwania w próbie pełzania od temperatury badania przy stałym poziomie naprężenia odpowiadającym eksploatacyjnemu przedstawiono w postaci zależności tr =f(T) dla σ = const na przykładzie stali X20CrMoV12-1. Zależność prędkości pełzania od naprężenia σ dla temperatury dalszej eksploatacji w zależności od klasy struktury i stanu rozwoju procesów wydzieleniowych węglików przedstawiono na przykładzie stali 13CrMo4 -5. Rodzaj i udział występujących węglików w zależności od klasy struktury i stopnia wyczerpania przestawiono na przykładzie stali 13CrMo4-5. Ocenę stanu materiału na podstawie badań mikrostruktury z zastosowaniem metody replik matrycowych przedstawiono na przykładzie materiału odcinka rurociągu pary świeżej ze stali 14MoV6-3 po 216 000 godzinach eksploatacji w warunkach pełzania.

EN

Selection of the type of investigations depending on service duration and type of element for the evaluation of material condition and forecasting the life time in high-pressure power units was presented. Relative shares of processes causing changes in structure of material during creep depending on the exhaustion degree were determined. Changes in structure depending on availability of the material with and without internal damages were classified. Changes in structure of the examined steels working under creep conditions, including the pearlite/bainite and martensite decomposition class, development of precipitation processes and development of internal damages depending on the exhaustion degree, were examined. Methodology for the evaluation of condition of the tested steels after service under creep conditions based on the assessment of structure changes in constituent processes, the so-called: changes in pearlite, bainite or martensite structure, changes in development of precipitation processes and changes in development of internal damages related to the exhaustion extent, was presented on the example of low-alloy steels and X20CrMoV12-1 steel. The level of selected mechanical properties, hardness, brittle fracture appearance transition temperature depending on the structure class and corresponding exhaustion degree was presented on the example of 14MoV6-3 and X20CrMoV12-1 steels after long-term service under creep conditions. The disposable creep strength diagrams were made in the form of relationship σb = f(LM) depending on the structure class and state of development of the carbide precipitation processes on the example of 13CrMo4-5 steel. The residual life determined as a relationship between time to rupture in the creep test and test temperature at constant stress level corresponding to the operating one is presented in the form of relationship tr = f(T) for σ = const on the example of X20CrMoV12-1 steel. The relationship between creep rate and stress σ for temperature of further service depending on the structure class and state of development of carbide precipitation processes was presented on the example of 13CrMo4-5 steel. The type and share of the occurring carbides depending on the structure class and exhaustion degree was presented on the example of 13CrMo4-5 steel. The evaluation of material condition based on investigations of microstructure using the matrix replica method was presented on the example of the material of 14MoV6-3 steel primary steam pipeline section after 216 000 h service under creep conditions.

Słowa kluczowe

PL

pełzanie; trwałość resztkowa; uszkodzenie; wyczerpanie; długotrwała eksploatacja; stal 13CrMo4-5; stal 14MoV6-3; stal X20CrMoV12-1

EN

creep; residual life; damage; exhaustion; long-term service; steel 13CrMo4-5; steel 14MoV6-3; steel X20CrMoV12-1

• Wydawca: Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Prace Instytutu Metalurgii Żelaza
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 67, nr 2
• Strony: 158--167
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Dobrzański J.

• Instytut Metalurgii Żelaza

autor

Zieliński A.

• Instytut Metalurgii Żelaza

autor

Purzyńska H.

• Instytut Metalurgii Żelaza

autor

Dziuba-Kałuża M.

• Instytut Metalurgii Żelaza

autor

Matusik M.

• Zakłady Remontowe Energetyki Katowice S.A.

Bibliografia

• 1. Hernas A., Dobrzański J.: Life-time and damage of boilers and steam turbines elements, Publishing House of the Silesian University of Technology, Gliwice, 2003
• 2. Dobrzański, J.: Materiałoznawcza interpretacja trwałości stali dla energetyki. Open Access Library, 3, 1-228, 2011
• 3. Zieliński A., Hernas A.: Prognozowanie trwałości resztkowej staliwnych elementów rurociągów pracujących w warunkach pełzania i zmęczenia. Prace IMŻ nr 4, 2008, P. 1-17
• 4. Golanski G., Zieliński A., Słania J., Jasak J.: Mechanical properties of VM12 steel after 30 000 hrs of ageing at 600oC temperature, Archives of Metallurgy and Materials, Volume 59, Issue 4, 2014, p. 1357-1360
• 5. Kępa J., Golański G., Zieliński A., Brodziak-Hyska A.: Precipitation proces in VM12 steel after ageing at 650oC temperature, JVE Journal of Vibroengineering 14 (2012) 147-150
• 6. Zieliński A., Dobrzański J., Dziuba-Kałuża M.: Structure of welded joints of 14MoV6-3 and 13CrMo4-5 steel elements after design work time under creep conditions, Archiv. Mater. Sc. Eng., 61/2, 2013, 69-76
• 7. Dobrzański J., Zieliński A., Paszkowska H.: Sposób oceny trwałości resztkowej na przykładzie materiału rodzimego i złącza spawanego po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania znacznie poza czas obliczeniowy eksploatacji. Prace Instytutu Metalurgii Żelaza, 2009, 61: 34-37
• 8. Dobrzański J., Zieliński A.: Trwałość resztkowa i rozporządzalna trwałość resztkowa po długotrwałej eksploatacji powyżej obliczeniowego czasu pracy ferrytycznej stali 12Cr-1Mo-V o strukturze odpuszczonego martenzytu, Prace IMŻ 57/3 (2005) 48-52
• 9. Golański G., Zieliński A., Zielińska-Lipiec A. Degradation of microstructure and mechanical properties in martensitic cast steel after ageing. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2015
• 10. Zieliński A., Dobrzański J., Krztoń H.: Structural changes in low alloy cast steel Cr-Mo-V after long time creep service, J. Achiev. Mater. Manuf. Eng., 25/1, 2007, 33-36
• 11. Zieliński A., Golański G., Sroka M.: Assessment of microstructure stability and mechanical properties of X10CrWMo-VNb9-2 (P92) steel after long-term thermal ageing for high temperature applications, Kovove Materialy-Metallic Materials (in press)
• 12. Zieliński A., Dobrzański J.: Characteristics of changes in properties and structure of X10CrMoVNb9-1 steel due to longterm impact of temperature and stress. Archives of Materials Science and Engineering, 2013, 60.2.