автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Деградация структуры и изменение механических свойств металла пароперегревателей

на правах рукописи

ТРЯКИНА НАДЕЖДА ЮРЬЕВНА

ДЕГРАДАЦИЯ СТРУКТУРЫ И ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЕЙ

Специальность 05.16.09- Материаловедение (машиностроение в

нефтегазовой отрасли)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 о ИЮН 2010

Уфа 2010

004603534

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете и Орском гуманитарно-технологическом институте

доктор технических наук, профессор Кузеев Искандер Рустемович.

доктор технических наук, профессор Бугай Дмитрий Ефимович;

кандидат технических наук, доцент Чирков Юрий Александрович.

Магнитогорский государственный технический университет.

Защита состоится 25 июня 2010 г. в 14-00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан 25 мая 2010 года.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Ученый секретарь совета

А.В. Лягов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ*

Актуальность темы

В настоящее время значительная часть оборудования, эксплуатирующегося при повышенных температурах и давлении, исчерпала свой проектный, а в некоторых случаях, и парковый срок службы. Одним из элементов систем пароперегревателей, наиболее подверженных разупрочнению при длительной эксплуатации, являются сварные соединения.

Изучению протекающих в металле пароперегревателей и их сварных соединений процессов при эксплуатации посвящено много исследований. Известно, что в процессе высокотемпературной эксплуатации паропроводов из стали 12Х1МФ происходит постепенное разупрочнение металла, связанное с коагуляцией карбидов и обеднением твердого раствора легирующими элементами, изменением состояния границ зерен вследствие выделения хрупких фаз и порообразования.

Достаточно большое количество трудов таких авторов, как Антикайн А.П., Хромченко Ф.А., Минц И.И., Березина Т.Г., Бугай Н.В., Земзин В.Н., Крутасо-ва Е.И., посвящено оценке повреждений металла пароперегревателей и их сварных соединений из стали 12Х1МФ на основе оценки степени карбидообразования, а также количества, морфологии и размеров пор, образующихся по границам зерен. Однако, в существующей литературе для металла пароперегревателей из стали ау-стенитного класса 12Х18Н10Т в качестве деградационных процессов указываются выделение хрупких фаз по границам зерен аустенита и обеднение его вследствие этого по хрому, и мало уделяется внимания развитию пористости и оценке степени повреждения границ зерен порами ползучести.

Кроме того, часто в качестве критерия при оценке фактического состояния металла пароперегревателей из стали 12Х18Н10Т после длительной эксплуатации принимаются абсолютные значения его твердости, но не учитывается степень неоднородности распределения твердости по поверхности, что часто вносит неоднозначность в интерпретацию полученных данных.

Таким образом, несмотря на многолетнее изучение процессов структурных изменений, протекающих в металле пароперегревателей, работающих в температурном интервале от 400 до 560 °С, некоторые вопросы, касающиеся анализа причин разрушения и ухудшения структуры и механических свойств сталей для пароперегревателей остаются открытыми и частично решаются в данном диссертационном исследовании.

* Научный консультант к.т.н., доцент Е.В. Пояркова

Цель работы - оценка критерия прочности металла пароперегревателей из стали 12Х1МФ, длительно эксплуатирующихся при температуре 545 °С, с учетом степени поврежденности структуры и изменения механических свойств.

Для достижения поставленной цели в процессе выполнения диссертационного исследования были сформулированы и решались следующие основные

задачи:

- выявление основных механизмов и закономерностей деградации структуры металла пароперегревателей из стали 12Х18Н10Т и 12Х1МФ, длительно эксплуатирующихся при температуре 545 °С и установление на основе этого критерия потери прочности;

- установление характера разрушения пароперегревателей и их сварных соединений вследствие различных эксплуатационных факторов.

- анализ кинетики порообразования и механизмов ползучести исследуемых пароперегревателей.

- выявление закономерностей формирования структурно-механической неоднородности сварных соединений сталей различных структурных классов.

- оценка неоднородности распределения твердости в сварных соединениях сталей 12Х18Н10Т и 12Х1МФ в исходном состоянии и после эксплуатационного старения.

- разработка классификации поврежденности металла пароперегревателей из стали 12Х18Н10Т и неоднородности распределения твердости на их поверхности.

Научная новизна:

1. Экспериментально установлены закономерности старения металла пароперегревателей. Показано, что для металла пароперегревателей из стали 12Х1МФ за счет происходит снижение коэффициента старения за счет накопления повреждений и деградации структуры, критическое значение которого составляет 0,85. Дальнейшее снижение коэффициента приводит к их разрушению, что можно использовать при прогнозировании времени до разрушения.

2. На основании электронно-микроскопических исследований разработана классификация повреждаемости металла пароперегревателей из стали 12Х18Н10Т, длительно эксплуатирующихся при температуре 545 °С, порами на третьей стадии ползучести. В качестве диагностического признака при техническом освидетельствовании пароперегревателей предложено использовать не абсолютные значения твердости, а их относительное изменение путем расчета коэффициента гомогенности твердости, минимальные значения которого (менее 30,0) соответствуют максимальной поврежденности структуры порами.

Практическая значимость работы

Результаты, полученные при проведении диссертационной работы, используются при чтении курсов лекций по дисциплинам «Машиностроительные материалы» и «Методы структурного анализа и контроля качества деталей» студентам Орского гуманитарно-технологического института специальности 15.05.01 «Материаловедение в машиностроении».

Полученные аспирантом рекомендации по оценке фактического состояния металла пароперегревателей и их сварных соединений с целью повышения эксплуатационной надежности данного технологического оборудования переданы на ОАО «Орскнефтеоргсинтез» и используются при инспекционном контроле.

Апробация результатов работы:

Основные результаты диссертационной работе докладывались и были обсуждены на итоговых научно-практический конференциях преподавателей и студентов ОГТИ (Орск, 2007, 2008); Международной научной конференции «Инновационная деятельность предприятий по исследованию, обработке и получению современных конструкционных материалов и сплавов» (Орск, 2008); XVII Международной научно-практической конференции «Физика прочности и пластичности материалов» (г. Самара, 2009); Международном симпозиуме «Перспективные материалы и технологии» (Витебск, 2009); IX Международной конференции «Но-вые.материалы и технологии в машиностроении» (Брянск, 2009); XI Международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов и оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня» (Санкт-Петербург, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных трудов.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, включающего 135 наименований.

Работа изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 76 рисунков, 36 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность руководителю Кузееву Искандеру Рустемовичу, а также Поярковой Екатерине Васильевне и Закирничной Марине Михайловне за помощь и советы при выполнении и оформлении диссертационной работы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформулирована цель и основные задачи исследования.

В первой главе на основе литературных источников проведен анализ современного состояния проблемы деградации структуры металла высокотемпературного оборудования.

Изменения, происходящие в структуре и свойствах металла длительно эксплуатирующихся при высоких температурах технологических паропроводов и оборудования, в том числе и их сварных соединений, а также основные факторы, определяющие их работоспособность и долговечность подробно изучены в работах отечественных и зарубежных авторов: Ланской К.А., Горицкого В.М., Крута-совой Е.И., Земзина В.Н., Хромченко Ф.А., Бакши O.A., Лившица Л.С., Готальско-го Ю.Н., Винокурова В.А., Холла У.Дж. и др.

К таким факторам относятся деформационное старение, обратимая отпускная хрупкость, тепловая хрупкость сталей с феррито-перлитной структурой, малоцикловая усталость и т.д. В процессе эксплуатации происходят повреждения сварных соединений вследствие формирования технологических дефектов, хрупких и малопрочных мягких прослоек, усталостных трещин, связанных с особенностями термического цикла сварки.

Среди работ, опубликованных в течение последних пяти лет и посвященных вопросам деградации структуры металла трубопроводов и их сварных соединений, а также оценки и продления их остаточного ресурса, наиболее интересными являются труды Калугина Р.Н., Вотинова A.B., Баландиной М.Ю., Ячинского A.A. и др. Как показал анализ проблемы деградации структуры многие вопросы, касающиеся преждевременного выхода из строя пароперегревателей, остаются открытыми, в частности, механизмов порообразования и ползучести при эксплуатации в интервале 550 - 750 °С. Кроме того, очень часто результаты оценки замеров прочностных свойств металла оказываются заниженными и не всегда объективно позволяют диагностировать фактическое состояние метала.

На основании проведенного анализа поставлена цель и определены задачи диссертационного исследования.

Вторая глава посвящена анализу объектов и методик исследования. В качестве объектов для исследования изменений структуры были выбраны фрагменты прямых участков бесшовных труб с различной наработкой:

- пароперегреватели высокого давления (25,5 МПа) из стали Х18Н10Т, диаметром 25 мм и толщиной стенки 7 мм, эксплуатирующиеся при температуре 545 °С в течение 128, 132, 145 и 180 тыс. часов;

- пароперегреватели низкого давления (3,7 МПа) из стали Х18Н10Т, диаметром 38 мм и толщиной стенки 4 мм, эксплуатирующиеся при температуре 545 °С в течение 8,128,132 и 180 тыс. часов;

- пароперегреватели высокого давления (30,0 МПа) из стали 12Х1МФ, диаметром 32 мм и толщиной стенки 6 мм, эксплуатирующиеся при температуре 545 °С в течение 183, 230, 232 и 240 тыс. часов и исчерпавших парковый ресурс.

Для сравнения проведен анализ изменений структуры и свойств фрагментов пароперегревателей высокого давления из стали 12Х1МФ диаметром 36 мм и толщиной 6 мм, разрушившихся в процессе высокотемпературной эксплуатации:

- после 90 тыс. часов эксплуатации вследствие длительного перегрева при температуре 600 °С;

- после 170 тыс. часов эксплуатации вследствие длительного перегрева;

- после 120 тыс. часов эксплуатации вследствие кратковременного перегрева в условиях ускоренной ползучести.

Одновременно с бесшовными фрагментами были исследованы сварные соединения пароперегревателей из стали 12Х1МФ после длительной эксплуатации при температуре 400 °С с давлением рабочей среды 30,0 МПа в течение 8 и 90 тыс. часов (вырезанные по результатам УЗК) и 232,240, 253 тыс. часов (снятые с эксплуатации вследствие исчерпания ресурса).

Кроме того, при плановых ремонтах пароперегреватели с различной наработкой свариваются с фрагментами новых труб. Для выявления структурно-механической неоднородности, возникающей в различных зонах, фрагменты пароперегревателей из сталей 12Х18Н10Т и 12Х1МФ в состоянии эксплуатационного старения (после 200 тыс. часов эксплуатации) сваривались с фрагментами пароперегревателей в исходном состоянии с формированием однородных и разнородных сварных соединений. Выбор сталей обосновывался тем, что до 90 % эксплуатирующихся на предприятии пароперегревателей изготовлены из сталей 12Х18Н10Т и 12Х1МФ.

Механическая неоднородность металла исследуемых пароперегревателей и их сварных соединений оценивалась путем замеров твердости методом Роквелла (шкала В) на приборе ТК-2. Замеры проводились по 12 образующим фрагментов, а также по толщине трубы. Полученный массив значений твердости обрабатывался с применением пакета прикладных программ ЗТА'ШПСА 6,0.

Структурный анализ включал в себя выявление различных структурно-фазовых составляющих в металле исследованных трубопроводов и их сварных соединений, определение величины зерна (ГОСТ 5639, шкала №1 - для стали 12Х1МФ и №3 - для стали 12Х18Н10Т) и степени поврежденное™ металла порами ползучести. Травление микрошлифов для металлографических исследований фрагментов из стали 12Х1МФ проводили 4-%-ным спиртовым раствором, из ау-стенитной стали 12Х18Н10Т - реактивом "царская водка", состоящим из НЖ)з и НС1 в соотношении 1:3.

Фрактографический анализ изломов пароперегревателей, а также спектральный анализ отдельных фаз, локальных областей и периферийных зон вблизи линии сплавления в сварных соединениях проводили с помощью растрового электронного микроскопа JEOL JSM 6460LV (Япония) с приставкой энергодисперсионного микроанализатора INCA (OXFORD, Англия) в режиме вторичных и обрат -но отраженных электронов.

Оценка изменений параметров кристаллической решетки основных фаз в металле сварных соединений и величина микронапряжений проводилась методом рентгеноструктурного анализа с помощью дифрактометра "ДРОН-2,0" в Fe Ка-излучении.

В третьей главе проведен анализ изменения структуры и свойств металла пароперегревателей из исследуемых сталей в процессе длительной эксплуатации под действием повышенных температур и давлений рабочей среды.

Анализ причин разрушения пароперегревателей из низколегированной перлитной стали 12Х1МФ позволил выявить основные типы встречающихся повреждений и оценить долю каждого из них в общем объеме повреждений (рис. 1). Оценка проводилась на 360 фрагментах пароперегревателей. На основании проведенного анализа выявлено, что большое влияние на повреждение оказывают эксплуатационные факторы, при этом превалирующими механизмами деградации структуры металла исследуемых пароперегревателей, работающих при температуре 545 °С, являются сфероидизация перлита, а также полный распад перлита с последующим образованием смеси феррита и карбидов, приводящий к потере жаропрочности металла. Кроме того, частыми причинами преждевременного выхода пароперегревателей из строя являются процессы образования трещин

13 расслоение

■ трещинообразование D формирование крупнозернистой структуры п трещины ползучести

■ сфероидизация перлита 0 формирование ферритокарбидной структуры

■ высокотемпературная газовая коррозия (утонение □ стенки)

малоцикловая усталость

D многоцикловая усталость в порообразование

п охрупчивание и разрушение по смешанному механизму

термической усталости и порообразование.

1% 2% 4%

17%

Рисунок 1 - Доля различных факторов в общем объеме повреждений пароперегревателей

В металле высокотемпературных трубопроводов, работающих под давлением, в процессе эксплуатации происходит выделение и последующая коагуляция карбидов (преимущественно карбидов хрома), а также образование пор ползучести по границам зерен, постепенно сливающихся под действием рабочего давления и приводящих к зарождению и распространению магистральных трещин. Кроме того, снижению работоспособности трубопроводов способствует окалинообразова-ние.

Анализ пароперегревателей, разрушившихся в процессе эксплуатации, показал, что почти в 30 % случаев в области разрушения произошло местное утонение стенки на 30-40 % с одновременным увеличением их диаметра. Продольное направление распространения магистральной трещины обусловлено превалирующим влиянием тангенциальных напряжений от внутреннего давления, превышающих осевые напряжения. Такой характер разрушения характерен для кратковременных перегревов трубопроводов в процессе эксплуатации, что для стали 12Х1МФ приводит к разрушению.

О степени влияния рабочей среды и условий эксплуатации на коррозионную повреждаемость трубопроводов можно судить по толщине и строению оксидных пленок, образующихся на внутренней поверхности. Как показал локальный спектральный анализ, окалина, как на внутренней, так и на внешней поверхности исследуемых пароперегревателей из стали 12Х1МФ состоит из окислов типа БеО, Ре20з и 17Сз04. Под образовавшейся окалиной была выявлена развитая сетка тонких межкристаллитных трещин, распространявшихся от поверхности металла на глубину порядка 20 - 40 мкм.

Нарушение сплошности границ зерен структуры пароперегревателей привело к местному охрупчиванию металла с поверхности при сохранении запаса вязкости в центральной части (в поперечном сечении). Для подтверждения характера разрушения был проведен фрактографический анализ фрагментов пароперегревателей, разрушившихся после 253 тыс. часов службы, наглядно демонстрирующий смешанный характер разрушения, характеризующийся наличием нескольких механизмов.

Так, межзеренное разрушение реализуется в области, примыкающей к внутренней поверхности трубы, и сопровождается образованием квазискола с присутствием плоских фасеток хрупкого разрушения с вытянутыми ямками вязкого разрушения (рис. 2). Причиной появления такого механизма разрушения поверхностного слоя явилось окисление границ зерен, повлекшее за собой образование окисной фазы и развитие транскристаллитных микротрещин. Выявлено также, что увеличение длительности пребывания металла при высоких температурах в окислительной среде приводит к росту доли хрупкого транскристаллитного излома. В центральной части исследованных изломов фрагментов, не подверженной высоко-

температурной коррозии, выявлено вязкое ямочное разрушение со средним размером ямок 5-15 мкм, реализованное по механизму образования и слияния микро-пор по границам.

С помощью локального микроанализа проведено исследование изменения химического состава твердого раствора и выделившихся карбидов для выявления степени изменения их легированности и, соответственно, склонности металла трубопроводов к разрушению вследствие ползучести и потери жаропрочности.

Подокисный слой Внутренняя Центральная часть Наружная

поверхность поверхность

Рисунок 2 - Структура (а) и строение излома (б-г) трубопровода из стали 12Х1МФ, разрушившегося в процессе эксплуатации при температуре 545 °С вследствие исчерпания ресурса, х500.

Длительные нагревы при температурах эксплуатации пароперегревателей способствовали сначала сфероидизации перлита с частичным растворением частиц цементита, а затем постепенному связыванию углерода в карбиды. Такой механизм изменения фазового состава металла неоднозначно влияет на комплекс механических характеристик: с одной стороны, выделение карбидов приводит к дополнительному упрочнению матрицы за счет эффекта дисперсионного твердения. С другой стороны, происходит постепенная диффузия молибдена из твердого раствора и образование карбидов типа Ме2С, что приводит к снижению длительной прочности стали и разрушению трубопроводов. Характерной особенностью всех исследованных пароперегревателей, достигших предельного состояния, является наличие ферритной структуры с крупными скоагулированными карбидами, располагающимися преимущественно по границам зерен феррита (рис. 3).

Локальный спектральный анализ структурных составляющих позволил выявить два типа карбидов, отличающихся по своему составу, при этом выявлена разница в их размерах. Карбид первого типа представляет собой комплексный карбид, включающий значительное количество хрома, молибдена и марганца. Карбид второго типа также имеет в своем составе большое количество хрома, однако, содержание марганца и молибдена в нем почти вдвое меньше. Проведенный анализ позволил выявить локальную неоднородность химического состава твердого раствора, заключающуюся в различном содержании основных элементов и, осо-

бенно, ванадия и молибдена, содержание которых колеблется от 0,05 до 0,4 % -для ванадия и от 0,08 до 0,48 % - для молибдена.

а) б) в)

а) матрица; б) карбидная частица первого типа; в) карбидная частица второго типа Рисунок 3 - Состав различных структурных составляющих трубопроводов из стали 12Х1МФ после 253 тыс. часов эксплуатации при температуре 545 °С.

Выявлено, что минимальное количество ванадия и молибдена в матрице наблюдается в участках, прилегающих к области крупных карбидов, обогащенных

i

этими элементами, причем в некоторых случаях содержание их в твердом растворе близко к нулю, что является опасным с точки зрения обеспечения необходимой прочности и жаропрочности рассматриваемых трубопроводных систем.

Длительное воздействие давлений (3,7, 25,5 и 30,0 МПа) и высоких температур (545 °С) привело к существенным изменениям в структуре и вызвало изменение механических свойств металла исследуемых пароперегревателей. Установлено, что структура металла исследованных фрагментов трубопроводов характеризуется значительной неоднородностью, заключающейся в наличии на внутренней поверхности некоторых образцов деформированной структуры, приводящей к протеканию процессов старения при эксплуатационных воздействиях, а также развитой разнозернистостью от 2,0 до 6,0 балла. На некоторых участках наблюдается так называемая "островная " структура - область мелких зерен 6,0 - 7,0 балла, окружающая крупные зерна 2,0 - 3,0 балла. ! В процессе эксплуатации пароперегревателей из аустенитной стали проис-

ходит зарождение и рост пор, располагающихся преимущественно по границам i зерен. С ростом продолжительности работы трубопроводов до 180 тыс. часов происходит постепенное увеличение размера микропор и их количества, единичные поры сливаются в более крупные (рис. 4), происходит зарождение сначала микротрещин длиной до 20 мкм, а затем макротрещин, развитие которых носит межкри-сталлитный характер.

Таким образом, в процессе длительной высокотемпературной эксплуатации ползучесть металла происходит за счет развития порообразования, интенсивность которого непосредственно связана с температурно-силовыми условиями работы пароперегревателей.

ШшШ щМН яи |яиЩ| V. ¡¡¡si ÄS ИВЫЯшВЯШ ии &щщ у. ^¡я

^шШШШшшшшшййШ - '..... ■■■'" v'.'v йяМШЩр ШйМШ

а) б)

Рисунок 4 - Развитие порообразования в стали 12Х18Н10Т (х500) при длительной эксплуатации при температуре 545 "С и рабочем давлении 25,5 МПа в течение 128 тыс. ч (а) и 180 тыс. ч. (б)

Для подтверждения вышесказанного с помощью карт механизмов деформации, позволяющих анализировать устойчивость поведения при изменении параметров эксплуатации, был проведен анализ механического поведения металла пароперегревателей, эксплуатирующихся при сложных термосиловых воздействиях в условиях объемно-напряженного состояния (рис. 5). Области неизменного поведения металла характеризуются одинаковым механизмом деформации и разрушения при эксплуатации в широком диапазоне напряжений и температур. Поэтому в качестве параметров на картах используются величины гомологической температуры (Т/Тпл) и приведенного сдвигового напряжения (a/E), a также скорости деформации.

На приведенной карте деформации выделены области, характеризующие условия работы пароперегревателей при расчетной температуре (1), в условиях перегрева до температур в интервале от 600 до 650 °С (возникновение процессов рекристаллизации матричного раствора (2), а также в пределах от 700 до 750 °С, когда происходит перекристаллизация перлита, а в некоторых случаях возникновение закалочных структур (3).

Из диаграммы видно, что для пароперегревателей, эксплуатирующихся при расчетных рабочих температурах, деформация протекает за счет контролируемого переползанием течения, происходящего преимущественно в приграничных объемах. Скорости деформации малы и не превышают величины Ю~10 с"1. Превышение температуры над расчетной (область 2) приводит к увеличению скорости деформации за счет ползучести, однако механизм деформирования при этом остается неизменным. Перегрев выше температуры точки Ас, (область 3), сопровождающегося фазовой перекристаллизацией, способствует ускорению процессов ползучести со скоростью деформации порядка 10~8 с"1, металл переходи в состояние высокотемпературной ползучести (область III, б на карте деформации). Во всех случаях напряжение не превышает значений (2-^-4)* Ю-4 и ползучесть осуществляется за счет диффузионного течения.

я -

Л © ' I—i--—I-М.—\—X "'"¡1' область 3

и / "> 1 \\ 1лЛ м\ J

I - область теоретической прочности

II - пластическая деформация; Ш - степенной закон ползучести; Ша - низкотемпературная ползучесть по степенному закону;

Шб - высокотемпературная ползучесть по степенному закону;

IV - динамическая рекристаллизация;

V - контролируемое диффузией течение; Va - приграничная диффузия; V6 - объемная диффузия;

_____________________________________________________________ V» - диффузия по дислокационным

область 1 область 2 трубкам

Рис.5 - Карта механизмов деформации стали 12Х1МФ с нанесенными областями условий эксплуатации (1 - рабочая температура; 2 - перегрев в интервале 600 - 650 °С;

3 - перегрев в интервале 700 - 750 °С) Аналогичные закономерности деформации наблюдаются при высокотемпературной эксплуатации стали 12Х18Н10Т. Нагрев выше точки Aci не приводит к перекристаллизации матрицы, однако увеличение температуры влечет за собой ускорение диффузионных процессов и, как следствие, более интенсивное протекание процессов выделения и коагуляции вторичных фаз, появление которых оказывает неоднозначное влияние на ползучесть металла.

В четвертой главе проведен анализ механических свойств исследуемых фрагментов пароперегревателей и сварных соединений путем замеров твердости как по их поверхности, так и по окружности поперечного сечения.

Для оценки степени неоднородности распределения твердости проводили статистическую обработку, при этом использовались основные статистические параметры: математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратичное отклонение и коэффициент вариации. Анализ разброса значений твердости на внешней и внутренней поверхности фрагментов паропроводов при всех исследованных сроках службы показал значительные отклонения ее значений от среднестатистического. Коэффициент вариации v, характеризующий неоднородность распределения какой-либо величины, может наглядно показывать взаимосвязь закона распределения твердости и степени поврежденности материала. Проведенные расчеты по-

называют, что величина коэффициента вариации твердости принимает максимальные значения при наибольшем поражении металла порами ползучести.

На рис. 6 приведены карты распределения твердости на поверхности бесшовных труб пароперегревателей и их сварных соединений. Подобное представление распределения твердости позволяет выявлять наиболее опасные с точки зрения разрушения участки пароперегревателей. Так, на рис. 6, б представлено распределение твердости на поверхности металла пароперегревателя после 232 тыс. часов эксплуатации, в котором по одной из образующих произошло местное снижение твердости, свидетельствующее о локальном перегреве.

а) 180 тыс. часов; б) 230тыс. часов; в) 232 тыс. часов; г) 120тыс. часов Рисунок 7 - Карты распределения твердости на поверхности исследуемых пароперегревателей из стали 12Х1МФ (а, б) и их сварных соединений (в, г) после длительной эксплуатации при температуре 545 °С.

Структура на этом участке характеризуется более крупным зерном, а также наличием участков перекристаллизованного перлита на границах феррита, что свидетельствует о недопустимо перегреве металла выше температуры точки Aci. Данный участок впоследствии будет являться местом зарождения трещины. Аналогичная картина наблюдается и в зоне сплавления сварного соединения, где так-

же выявлен провал твердости. Металлографически на данном участке была выявлена тонкая ферритная прослойка, которая и послужила очагом зарождения трещины.

Другим параметром, учитывающим степень разброса твердости является коэффициент гомогенности. Расчеты показали, что при увеличении времени наработки данный коэффициент изменяется в зависимости от величины разброса твердости и степени структурных изменений в металле пароперегревателей (при увеличении количества и размера пор и карбидных включений по границам зерен), что может служить показателем поврежденности структуры при оценке фактического состояния длительно эксплуатирующихся пароперегревателей. В результате оценки степени поврежденности порами ползучести металла пароперегревателей из стали 12Х18Н10Т была выявлена прямая зависимость коэффициента гомогенности распределения твердости ш на их поверхности от доли пораженных порами границ зерен. На основе этого была разработана классификация, представленная в табл. 1.

Таблица 1 - Оценка состояния металла паропроводов из стали 12Х18Н10Т, поврежденного порами ползучести

Структурные признаки поврежденности Максим, размер пор, мкм Доля границ, занимаемая порами Балл поврежденности Доля исчерпания ресурса* Коэффициент гомогенности твердости

Единичные изолированные поры 1-2 менее 0,05 I 0,6 более 45

Отдельные изолированные поры, разорванные цепочки пор длиной до 10 мкм 3-4 0,05-0,10 II 0,7 40-45

Единичные поры, разорванные цепочки пор до 15 мкм 5-6 0,10-0,15 III 0,8 30-40

Единичные поры, поры на стыке грех зерен, разорванные цепочки длиной 15-20 мкм, сплошные цепочки длиной до 5 мкм 7-8 0,15-0,20 IV 0,9 менее 30

Поры на стыке трех зерен, сплошные цепочки длиной свыше 20 мкм, микротрещины свыше 8 свыше 0,2 V 1,0 менее 30

отношение фактической наработки к проектному ресурсу

Из приведенной таблицы видно, что наименьшее значение (менее 30,0) коэффициент т принимает в случае исчерпания ресурса на 90 %, когда в структуре металла на стыке трех зерен появляются поры, а также отдельные поры сливаются в сплошные цепочки, образуя микротрещины.

_Для выявления зависимости однородности распределения твердости на

поверхности пароперегревателей из стали 12Х18Н10Т от степени развития порообразования в программном пакете 8ТАП8Т1СА 6,0 были обработаны результаты замеров твердости на поверхности исследуемых пароперегревателей (рис. 7) и получено уравнение регрессии (при доверительной вероятности 0,95), связывающее коэффициент гомогенности и пораженность металла порами:

Рисунок 7 - Зависимость коэффициента гомогенности распределения твердости от пораженное™ порами металла пароперегревателей из стали 12X18Н10Т после длительной эксплуатации при температуре 545 °С

В пятой главе изложены результаты комплексного анализа неоднородности, возникающей при образовании сварных соединений сталей разных структурных классов.

В работе проводилось исследование характера распределения элементов в зоне сплавления однородных и разнородных сварных соединений сталей 12Х18Н10Т, 20, 40ХН и 70. Стали были выбраны из принципа различного содержания в них углерода, значительно влияющего на развитие структурной и химической неоднородности в зоне сплавления вследствие различной упрочняемости металла при нагреве в процессе сварки и последующей термической обработки. Иллюстративный материал, представленный на рис. 8, демонстрирует концентрационные кривые распределения основных элементов (кроме углерода), входящих в

ш = 48-99Г

(1)

где ^ - доля границ зерна аустенита, занятого порами.

0,05 0,10 0,15 03 0,25 0,30 0,35 ; доля пораженных порами границ .

состав сталей 20 и 12Х18Н10Т.

Вследствие значительного нагрева металла до температур выше 1100 °С в процессе сварки в зоне сплавления со стороны металла шва аустенитного состава образовалась узкая область переменной концентрации, имеющая промежуточный состав между свариваемым и наплавленным металлом. В этой области наблюдается постепенное уменьшение концентрации железа по сравнению с содержанием его в перлитной стали, а также хрома, никеля и др. элементов относительно состава наплавленного металла.

12X18 Н! 0 Сгатьза Сыль20 7 12Х1ЯН10 | 12Х18НЮ ' Сгаль20.',

Г ' <

4 ¿^ьхм'^г'! * , ( V. Ч *

1 -У 11 '-1

I ' 'гЧ, ; - *

< _2

' I

б) в) 1 - железо; 2 - хром; 3 - никель а) исходное состояние; б, в) после нагрева при температуре 500 °С в течение 10 и 30 ч, соответственно.

Рисунок 8 - Характер распределения элементов в зоне сплавления перлитной стали 20

с аустенитным швом.

В процессе послесварочного нагрева при 500 °С наблюдалось постепенное перемещение этой области в сторону нелегированного металла стали 20. Нагрев в течение 30 часов при исследуемой температуре привел к выравниванию состава в наплавленном аустенитном металле шва (кривые спектра железа, никеля и хрома переместились непосредственно на границу сплавления) и появлению узкой прослойки с переменным содержанием железа вблизи линии сплавления со стороны металла стали 20.

Качественно о характере распределения углерода вблизи зоны сплавления сварных соединений Х18Н10Т - сталь 20 позволяют судить приведенные на рис. 10 концентрационные кривые.

В сварном соединении стали Х18Н10Т - сталь 20 в зоне сплавления со стороны стали 20 в исходном состоянии выявлена ликвационная зона шириной 100 - 300 мкм, характеризующаяся повышенным содержанием углерода. В прилегающих к этой зоне областях распределение углерода равномерное. После 30 часов нагрева при 700 °С произошло смещение ликвационной прослойки, обогащенной углеродом в сторону нержавеющей стали.

Линия сканиро-

а) вания

а) исходное состояние; б) нагрев при 700 °С в течение 30 часов Рисунок 9 - Распределение углерода в зоне сплавления сварного соединения Х18Н10Т-сталь 20.

В процессе сварки различные участки зоны термического влияния (ЗТВ) испытывают неодинаковый нагрев, вследствие чего в них протекают различные структурно-фазовые превращения, неоднозначно влияющие на прочностные характеристики соединений. В пределах одной ЗТВ выявлены участки, испытывающие как упрочнение, так и разупрочнение.

Механическую неоднородность выявляли путем замеров твердости по сечению сварных соединений. Также оценивалась неоднородность отдельных зон сварных соединений, в частности, по величине упрочнения (разупрочнения) металла шва (умш) и величине относительного упрочнения (разупрочнения) различных участков ЗТВ (4рп)> рассчитываемые по формулам:

Умш = НУмш/НУом, (2)

где HVMII1 и HV0M - твердость металла шва и основного металла, соответственно.

^рп = ((HV0M - HV3XB)/ HV0M)* 100, % (3)

В случае образования однородных сварных соединений аустенитной стали 12Х18Н10Т шов имеет пониженную прочность относительно основного металла (коэффициент умш<1)- Отпуск при 500 °С в течение 30 часов привел к некоторому его увеличению за счет выделения дисперсных карбидов, однако, уровень прочности остался относительно низким. В разнородных сварных соединениях стали 20-12X18Н1 ОТ прочность наплавляемого металла также оказалась пониженной (70-80 % относительно прочности основного металла). В остальных исследуемых сварных соединениях металл шва являлся упрочненной прослойкой, появ-

ление которой связано с образованием здесь игольчатой структуры закалочного типа.

Вследствие неоднозначного влияния состояния материала трубопроводов (исходное или после эксплуатационного старения) на механическое поведение сварных соединений важной и необходимой представлялась оценка структурных изменений различных зон сварных соединений. В работе проведен анализ поведения сталей 12Х1МФ и 12Х18Н10Т (в исходном состоянии и после эксплуатации) в сварных соединениях, дана оценка структурно-фазового состава, локального упрочнения (разупрочнения) различных участков сварных соединений и изменения степени механической неоднородности.

Наибольшие изменения в структуре всех исследованных сварных элементов паропроводов выявлены в зоне термического влияния различной протяженности, испытывающей значительный нагрев при формировании неразъемных соединений. Отличительной особенностью структуры разнородных сварных соединений сталей 12Х1МФ и 12Х18Н10Т является формирование тонкой прослойки структурно свободного феррита вблизи линии сплавления со стороны перлитной стали.

В сварных соединениях аустенитной стали структура по сечению более однородна. В основном металле соединения в исходном состоянии величина зерна аустенита составляет 4,0-5,0 баллов. В ЗТВ появляется некоторая неоднородность размеров зерен, величина которых изменяется в пределах 3,0-6,0 баллов. Вблизи линии сплавления произошло выделение небольшого количества карбидов и образовалось большее количество двойников, появление которых связано с процессом термодеформационного цикла сварки.

Разнородные сварные соединения теплоустойчивой перлитной стали 12Х1МФ и аустенитной стали 12Х18Н10Т характеризуются значительной неоднородностью механических свойств по сечению, связанной со структурно-фазовыми превращениями в различных зонах, образующихся при сварке.

Во всех исследованных соединениях присутствуют мягкие и упрочненные прослойки. В однородных сварных соединениях в стали 12Х1МФ как в исходном, так и в состаренном состоянии, мягкая прослойка прилегает к основному металлу, а в разнородных соединениях со сталью 12Х18Н10Т - еще и вблизи линии сплавления. Появление здесь разупрочненного участка связано с выделением небольшого количества структурно свободного феррита, образование которого связано с интенсивной диффузией углерода из менее легированной стали в более легированную при формировании сварного соединения.

Сравнивая относительную степень упрочнения участка ЗТВ стали 12Х1МФ, прилегающего к металлу шва, можно видеть, что в стали в исходном состоянии величина ¡;рп находится на более высоком уровне по отношению к ее значению у металла после наработки.

12Х18Н10Тэкспл

а)

12Х1МФЭКСПЛ 12Х18НЮТЙОВ

В)

б)

12Х18Н10Тнов

12Х18Н10Тэкопл

а) 12Х1МФ„т+12Х1МФэкспл.; б) 12Х18Н10ТЭКС1Ш + 12ХШФЭКспл.; в) 12Х18Н10ТНОв+12ХШФЭкпл.; г) 12Х18Н10Тнов.+ 12Х18Н10ТЖШ1. Рисунок 10 - Относительная степень упрочнения (разупрочнения) различных участков ЗТВ однородных и разнородных сварных соединений.

Как показано выше, в процессе эксплуатации при повышенных температурах сталь претерпевает структурно-фазовые изменения, заключающиеся в выделении дисперсных карбидов хрома и ванадия как по телу, так и по границам зерен феррита, а также в постепенном обеднении твердого раствора молибденом, который при весьма длительных выдержках может диффундировать из феррита, приводя тем самым к снижению прочности металла.

Как и в случае исходного состояния сварных соединений, металл шва длительно эксплуатировавшихся паропроводов выступает в роли «твердой» прослойки, коэффициент относительного упрочнения которой повышается при увеличении длительности работы. В исходном состоянии коэффициент упрочнения металла шва составлял от 1,3 до 1,4 в однородных соединениях стали 12Х1МФ, после 93 тыс. часов высокотемпературной эксплуатации его значение повысилось до величины порядка от 1,44 до 1,51. Дальнейшее увеличение срока наработки до 253 тыс. часов привело к его росту до значений от 1,60 до 1,67.

Такое изменение относительного упрочнения металла шва можно связать с происходящими при работе паропроводов процессами эксплуатационного старения, вызывающими в течение времени повышение прочностных характеристик

наплавленного металла и тем самым, обусловливая увеличение степени механической неоднородности сварных соединений.

Об изменениях прочностных характеристик, происходящих при длительной службе материала паропроводов, можно судить по коэффициенту эксплуатационного старения Kyi и относительного изменения механических свойств. Коэффициент Куь рассчитываемый как отношение пределов прочности состаренного металла и металла в исходном состоянии, показывает в какую сторону происходят изменения механических свойств материала паропроводов и позволяют оценивать упрочняющее или разупрочняющее воздействие условий эксплуатации.

При длительной работе паропроводов при высоких температурах происходит снижение основных механических характеристик их сварных соединений. В пароперегревателе после 93 тыс. ч эксплуатации произошло незначительное разупрочнения металла и Kyi принимает значения 0,95, что свидетельствует о незначительном снижении предела прочности. Более длительная эксплуатация способст-

KD

вовала снижению коэффициента до значений порядка 0,85 (Kyj), при этом аналогичные значения получил коэффициент разупрочнения паропроводов, отбракованных по результатам УЗК вследствие интенсивного развития поврежденности и отработавших только 8 тыс, часов (рис. 10).

Учитывая тот факт, что в процессе эксплуатации паропроводов из стали 12Х1МФ происходит потеря прочности металла вследствие изменений в структуре (сфероидизация перлита, коагуляция карбидов и уменьшение при этом легированности матричного раствора), и снижение коэффициента старения Куь то можно принять этот коэффициент в качестве критерия критического снижения прочности металла пароперегревателя и принимать соответствующее решение при достижении им определенных значений.

Таким образом, в случае снижения коэффициента разупрочнения металла различных зон сварных соединений до значений порядка 0,85, при определении свойств металла пароперегревателей из стали 12Х1МФ можно судить об активно протекающих процессах изменения структуры металла длительно эксплуатирующихся пароперегревателей и решать о дальнейшем безопасном их использовании.

Коэффициент старения

to

0,95 0,9 0.8S

1 Ткр 1 1 1

50 100 150 200 250 т„„

Рисунок 10 - Изменение коэффициента старения металла пароперегревателей из стали 12Х1МФ в процессе длительной эксплуатации при температуре 545 °С (ткр - время исчерпания ресурса)

Основные выводы по работе:

1. Деградация структуры металла пароперегревателей из стали 12Х1МФ при длительной эксплуатации при 545 °С, а также нарушение температурных режимов работы приводит к снижению коэффициента старения, который в случае потери прочности металла принимает значение 0,85.

рсчутл-ятям мртя|[г1<»ряфичретдгх-ир<^тйдпняний--яь1явиены основный_

виды деградации структуры металла пароперегревателей из стали 12Х18Н10Т и 12Х1МФ в процессе длительной эксплуатации при температуре 545 °С, заключающиеся в выделении по границам зерен аустенита стали 12Х18Н10Т дисперсных карбидов хрома и с-фазы, сфероидизация перлита и рекристаллизация матрицы стали 12Х1МФ вследствие перегрева в интервале от 600 до 650 СС, образование перекристаллизованного перлита по границам исходной структуры, связанного с перегревом металла стали 12Х1МФ несколько выше температуры Ad (от 720 до 750 °С), а также формирование феррито-карбидной структуры, обусловливающей потерю жаропрочных свойств металла.

3. Разрушение однородных и разнородных сварных соединений стали 12Х1МФ происходит преимущественно в зоне термического влияния, что связано с наиболее интенсивно протекающими процессами деградации структуры, а также формированием прослойки структурно свободного феррита в зоне сплавления со стороны перлитной стали.

4. Развитие микроповреждаемости металла пароперегревателей из стали 12Х18Н10Т осуществляется путем зарождения и роста пор ползучести, причем в большей степени по границам более мелких зерен. Увеличение времени наработки, а также выделение хрупких фаз способствует ускорению процессов порообразования, сопровождающегося слиянием отдельных пор в микротрещины длиной до 20 мкм.

5. Установлено, что развитие порообразования приводит к появлению неоднородности в распределении твердости по поверхности пароперегревателей из стали 12Х18Н10Т, которую можно контролировать с помощью коэффициента гомогенности твердости, принимающего значения менее 30 единиц при исчерпании ресурса на 90 %.

6. Показано, что в процессе длительной высокотемпературной эксплуатации пароперегревателей из стали 12Х1МФ при 545 °С более 200 тыс. часов происходит увеличение степени механической неоднородности металла ЗТВ, при этом коэффициент механической неоднородности принимает максимальные значения (25 - 40 %). Во всех случаях в сварных соединениях стали 12Х1МФ наиболее стабильной является структура металла шва, являющегося упрочненной прослойкой, коэффициент прочности которого составляет 1,4 - 1,7 относительно основного металла.

7. При сплавлении стали 12Х1МФ и 12Х18Н10Т в исходном состоянии и после эксплуатационного старения происходит изменение коэффициента причем в большей степени в металле перлитной стали, при этом в однородном сварном соединении стали 12Х1МФ мягкая прослойка формируется вблизи основного металла, а в разнородных соединениях со сталью 12Х18Н10Т еще и в зоне сплавления, что связано с образованием структурно свободного феррита.

Основное результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Трякина Н.Ю. Анализ деградации структуры и механических свойств стали 12Х18Н10Т в процессе длительной эксплуатации /Трякина Н.Ю., Пояркова Е.В., Грызунов В.И. // Металловедение и термическая обработка металлов, 2009. - №9. - С.11-15.

2. Трякина Н.Ю. Исследование структурной и химической неоднородности сварных соединений сталей СтЗ и Х25Н19 с позиции термической предыстории. / Трякина Н.Ю., Пояркова Е.В. // Инновационная деятельность предприятий по исследованию, обработке и получению современных конструкционных материалов и сплавов: сб. докладов Международной научной конференции. - М.: Машиностроение, 2009-С. 328-334.

3. Приймак Е.Ю. Фрактальный анализ адаптации структуры стали и поверхностных окислов к высокотемпературному окислению. / Приймак Е.Ю., Пояркова Е.В., Трякина Н.Ю., Грызунов В.И. // Инновационная деятельность предприятий по исследованию, обработке и получению современных конструкционных материалов и сплавов: сб. докладов Международной научной конференции. - М.: Машиностроение, 2009-С. 484-490.

4. Трякина Н.Ю. Анализ повреждаемости металла трубопроводов в процессе длительной эксплуатации при повышенных температурах. / Трякина Н.Ю., Пояркова Е.В., Кузеев И.Р. // Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов и оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: материалы 11-й Международной научно-практической конференции. - Санкт-Петербург: Изд-во Политехнического института, 2009. - С. 283-287.

5. Кузеев И.Р. Оценка структурно-механической неоднородности сварных соединений теплоустойчивых сталей. / Кузеев И.Р., Трякина Н.Ю. // Новые материалы и технологии в машиностроении: сб. материалов IX Международной конференции. -Брянск: Изд-во БГТУ, 2009. - С. 17-18.

6. Трякина НЛО. Обоснование изменения степени структурно-химической неоднородности различных зон сварных соединений в процессе термической обработки. / Трякина Н. 10,, Пояркова Е. В., Пашков Е. С. // Перспективные материалы и технологии: материалы Международного симпозиума. - Витебск: УО "ВГТУ", 2009. -С.105-106.___

7. Трякина Н.Ю. Комплексная оценка неоднородности сварных соединений сталей разных структурных классов в состоянии эксплуатационного старения. / Трякина Н. Ю., Кузеев И.Р., Пояркова Е. В., Кривобокова Е. С. // Физика прочности и пластичности материалов: сб. материалов XVII Международной конференции. - Самара: Самарский гос. тех. ун-т, 2009. - С.258.

8. Трякина Н.Ю. Анализ деградации структуры и механических свойств стали 12Х18Н10Т в процессе длительной эксплуатации. / Трякина Н.Ю., Пояркова Е.В. Грызунов В.И. // Инновационная деятельность предприятий по исследованию, обработке и получению современных конструкционных материалов и сплавов: сб. докладов Международной научной конференции. - М.: Машиностроение, 2009. - С. 171179.

9. Пояркова Е.В. К вопросу о характере распределения неметаллических включений в различных зонах сварных соединений трубопроводов. / Пояркова Е.В., Кузеев И.Р., Трякина Н.Ю., Диньмухаметова Л.С. // Физика прочности и пластичности материалов: сб. материалов XVII Международной научно-практической конференции. - Самара: Самарский гос. тех. ун-т, 2009. - С. 260.

10. Кузеев И.Р. Изменение структурно-фазового состава низколегированных сталей для высокотемпературных трубопроводов на стадии предразрушения. / Кузеев И.Р., Трякина Н.Ю., Пояркова Е.В. // Мировое сообщество: проблемы и пути решения. Сб. науч. статей. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009. - №25. - С. 49-57.

И. Трякина Н.Ю. Деградация структурно-механического состояния трубопроводов и их сварных соединений (препринт). - Орск: Изд-во ОГТИ, 2009. - 60 с.

12. Трякина Н.Ю. Оценка состояния металла паропроводов после длительной высокотемпературной эксплуатации. // Нефтегазовое дело, 2009. - №2. - С. 173-178.

Подписано в печать 24.05.10. Бумага офсетная. Формат 60x84 1/16. Гарнитура «Times». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1. Тираж 90. Заказ 111. Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета Адрес типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Введение

1 Аналитический обзор. Анализ влияния эксплуатационных факторов на работоспособность высокотемпературных пароперегревателей

1.1 Особенности условий эксплуатации и анализ факторов, приводящих к повреждениям высокотемпературных элементов технологического оборудования

1.2 Характеристика сталей, предназначенных для пароперегревателей

1.3 Деградация структуры и механических свойств высокотемпературных 11 трубопроводов

1.3.1 Изменение структурно-фазового состава в процессе эксплуатации

1.3.2 Развитие повреждаемости

1.4 Влияние отклонений от расчетных параметров эксплуатации на структуру, 17 свойства и характер разрушений высокотемпературных трубопроводов

1.5 Анализ существующих методов оценки состояния и прогнозирования 19 надежности элементов современного высокотемпературного технологического оборудования

2 Материалы и методики исследования 22 ■

2.1 Объекты исследования

2.1.1 Высокотемпературные пароперегреватели

2.1.2 Сварные соединения

2.2 Методики исследований

2.2.1 Методика металлографического анализа

2.2.2 Методика электронно-микроскопических исследований

2.2.3 Измерение твердости и микротвердости

2.2.4 Методика мультифрактальной параметризации структур

2.2.5 Рентгеноструктурные исследования

2.2.6 Статистическая обработка результатов механических испытаний

3 Исследование структурного состояния металла трубопроводов после 30 длительной эксплуатации

3.1 Анализ разрушения пароперегревателей из стали 12Х1МФ в процессе высокотемпературной эксплуатации

3.2 Окалинообразовапие при высокотемпературной эксплуатации 46 пароперегревателей

3.3 Особенности изменения структурного состояния металла паропроводов в 49 процессе длительной эксплуатации

3.3.1 Структурные изменения металла пароперегревателей в процессе эксплуатации

3.3.2 Структура металла разрушенных в процессе высокотемпературной 64 эксплуатации пароперегревателей

3.3.3 Структурная неоднородность сварных соединений разрушившихся 68 . пароперегревателей

3.3.4 Изменение структурно-фазового состава стали 12Х1МФ в процессе 76 эксплуатации

3.4 Выводы по главе

4 Изменение механических свойств металла трубопроводов в процессе 85 ■ длительной эксплуатации

4.1 Исследование изменения прочностных характеристик

4.2 Распределение твердости на поверхности длительно эксплуатирующихся 91 пароперегревателей

4.3 Анализ вариации твердости металла трубопроводов после длительной 98 эксплуатации

4.4 Анализ изменения свойств сварных соединений пароперегревателей в 107 процессе эксплуатации

4.5 Фрактальный анализ адаптации структуры пароперегревателей к условиям 118 эксплуатации

4.6 Оценка остаточного ресурса трубопроводов, эксплуатирующихся сверх 123 проектного ресурса

4.7 Комплексная оценка состояния металла пароперегревателей из стали 130 Х18Н10Т после длительной эксплуатации

4.8 Выводы по главе

5 Влияние структурно-механической неоднородности сварных соединений на 134 надежность трубопроводов

5.1 Изменение структурно-механической неоднородности сварных соединений 135 трубопроводов в процессе высокотемпературных нагревов

5.1.1 Структура различных зон сварных соединений стали 12Х18Н10Т со 136 сталями других структурных классов

5.1.2 Влияние кратковременных перегревов на механическую неоднородность 143 однородных и разнородных сварных соединений

5.1.3 Распределение элементов в зоне сплавления разнородных сталей

5.2 Струю урно-фазовый состав различных зон сварных соединений 160 фубопроводов в состоянии эксплуатационного старения

5.3 Рентгеноструктурный анализ напряженного состояния металла сварных 170 соединений

5.3.1 Изменение уширения дифракционной линии по сечению сварных соединений

5.3.2 Изменение микронапряжений по сечению сварных соединений

5.4 Выводы по главе

В настоящее время на многих установках переработки нефти и газа используют паропроводы, введенные в эксплуатацию еще в 50-60-х годах, металл которых претерпел значительные изменения, как со стороны прочностных характеристик, так и со стороны структурно-фазового состава.

Часто на нефтеперерабатывающих предприятиях производят замену устаревшего оборудования на новое, согласно сроку эксплуатации и в зависимости от исчерпания индивидуального ресурса каждого из них. Однако, как показывают исследования последних лет, очень часто оборудование, исчерпавшее свой парковый ресурс, имеет достаточно стабильную структуру, практически не имеющую повреждений, характерных для высокотемпературного оборудования, и может использоваться в дальнейшем в течение определенного времени.

Поэтому необходимо при оценке фактического состояния металла паропроводов необходимо комплексно оценивать как структурные аспекты де1радацип. i ак и cienenb неоднородности механических характеристик на понерхпоап металла, имеющей место при эксплуатации высокотемпературного оборудования.

Особую роль в высокотемпературных трубопроводных системах играют1 сварные соединения сталей различных структурных классов, являющихся наиболее слабым местом паропроводов вследствие присутствия структурно-химической и механической неоднородности.

В работах многих отечественных авторов большое внимание уделяется диффузии углерода при формировании сварного соединения и указывается на незначительное влияние на их работоспособность перемещений легирующих элементов. Однако, даже тонкая диффузионная прослойка переменной концентрации в трубопроводах, работающих при высоких температурах, может привести к зарождению сначала микро-, а затем и макродефектов вследствие разности удельных объемов свариваемых разнородных материалов, а также вероятности возникновения новых структурных составляющих или изменения морфологии уже существующих-. Кроме того, до конца нерешенной остается проблема получения сварных соединений металла в состоянии поставки и в состоянии эксплуатационного старения, т.к. при этом необходимо учитывать структурно-фазовые изменения, происходящие в металле в процессе высокотемпературной эксплуатации.

Поэтому актуальными в настоящее время остаются вопросы исследования структурно-механических особенностей металла стареющего оборудования, отработавшего расчетный срок службы, а также важной является оценка структурнохимическом и механической неоднородности металла сварных соединений паропроводов, работающих в условиях повышенных температур и давлений.

Достаточно большое количество трудов посвящено разработкам различных классификаций повреждений основного металла и сварных соединений паропроводов из стали 12Х1МФ па основе оценки количества, морфологии и размеров пор, образующихся по границам зерен. Однако, в существующей литературе для металла паропроводов из стали аустенитного класса 12Х18Н10Т в качестве деградационных процессов указываются выделение хрупких фаз по границам зерен аустенита и обеднение его вследствие этого по хрому, и мало уделяется внимания развитию пористости и оценке степени повреждения границ зерен порами ползучести.

Кроме того, часто в качестве критерия при оценке фактического состояния металла паропроводов из стали 12Х18Н10Т после длительной эксплуатации принимаются определенные значения его твердости, но не учитывается степень неоднородности распределения твердости по поверхности, что часто вносит неоднозначность в интерпретацию полученных данных.

Несмотря на многолетнее изучение процессов структурных изменений, протекающих в металле паропроводов, работающих в температурном интервале от 400 до 560 °С, некоторые вопросы, касающиеся анализа причин разрушения и ухудшения структуры и механических свойств сталей для паропроводов остаются открытыми и частично решаются в данном диссертационном исследовании.

В связи с изложенным выше, были определены:

Объект исследования - Трубопроводные системы, работающие в условиях повышенных температур и давлений.

Предмет исследования - пароперегреватели их сварные соединения технологических установок переработки нефти.

Цель работы - оценка критерия прочности металла пароперегревателей из стали 12Х1МФ, длительно эксплуатирующихся при температуре 545 °С, с учетом степени поврежденности структуры и изменения механических свойств.

Для достижения поставленной цели в процессе выполнения диссертационного исследования были сформулированы и решались следующие основные задачи:

- выявление основных механизмов и закономерностей деградации структуры металла пароперегревателей из стали 12Х18Н10Т и 12Х1МФ, длительно эксплуатирующихся при температуре 545 °С и установление на основе этого критерия потери прочности;

- установление характера разрушения пароперегревателей и их сварных соединений вследствие различных эксплуатационных факторов.

- анализ кинетики порообразования и механизмов ползучести исследуемых пароперегревателей.

- выявление закономерностей формирования структурно-механической неоднородности сварных соединений сталей различных структурных классов.

- оценка неоднородности распределения твердости в сварных соединениях сталей 12Х18Н10Т и 12Х1МФ в исходном состоянии и после эксплуатационного старения.

- разработка классификации поврежденности металла пароперегревателей из стали 12Х18I-11 ОТ и неоднородности распределения твердости на их поверхности.

Научная новизна:

1. Экспериментально установлены закономерности старения металла пароперегревателей. Показано, что для металла пароперегревателей из стали 12Х1МФ происходит снижение коэффициента старения за счет накопления повреждений и деградации структуры, критическое значение которого составляет 0,85. Дальнейшее снижение коэффициента приводит к их разрушению, что можно использовать при прогнозировании времени до разрушения.

2. На основании электронно-микроскопических исследований разработана классификация повреждаемости металла пароперегревателей из стали 12Х18Н10Т, длительно эксплуатирующихся при температуре 545 °С, порами на третьей стадии ползучести. В качестве диагностического признака при техническом освидетельствовании пароперегревателей предложено использовать не абсолютные значения твердости, а их относительное изменение путем расчета коэффициента гомогенности твердости, минимальные значения которого (менее 30,0) соответствуют максимальной поврежденности структуры порами.

Практическая значимость работы

Результаты, полученные при проведении диссертационной работы, используются при чтении курсов лекций по дисциплинам «Машиностроительные материалы» и «Методы структурного анализа и контроля качества деталей» студентам Орского гуманитарно-технологического института специальности 15.05.01 «Материаловедение в машиностроении».

Полученные аспирантом рекомендации по оценке фактического состояния металла пароперегревателей и их сварных соединений с целью повышения эксплуатационной надежности данного технологического оборудования переданы на ОАО «Орскнефтеоргсиптез» и используются при инспекционном контроле.

5.4 Выводы по главе 5

Проведенное моделирование поведения металла при высокотемпературной эксплуатации при 500 °С и в случае перегревов до 700 °С, а также комбинирование сталей перлитного и аустенитного классов в исходном состоянии и после эксплуатационного старения показало следующее:

1) В процессе длительной эксплуатации в зоне сплавления аустенитной стали 12X181II ОТ со сталями других структурных классов формируется диффузионная прослойка, ширина и концентрация легирующих элементов в которой изменяются при повышенных температурах.

2) Наиболее значительное изменение структуры однородных и разнородных сварных соединений (кроме стали 12Х18Н10Т) при нагревах до исследуемых температур происходит в зоне термического влияния вследствие более интенсивных процессов сфероидизации структурных составляющих, что нашло отражение в изменении коэффициента относительного упрочнения/ разупрочнения £рп металла ЗТВ.

3) При сплавлении стали 12Х1МФ и 12Х18Н10Т в исходном состоянии и после эксплуатационного старения происходит изменение коэффициента причем в большей степени в металле перлитной стали, при этом в однородном сварном соединении стали 12Х1МФ мягкая прослойка формируется вблизи основного металла, а в разнородных соединениях со сталью 12Х18Н10Т еще и в зоне сплавления, что связано с образованием структурно свободного феррита.

4) Как в однородных и разнородных сварных соединениях стали 12Х1МФ шов выступает в качестве упрочненной прослойки с коэффициентом прочности 1,2 -1,4. В аустенитной стали 12Х18Н10Т шов является мягкой прослойкой с коэффициентом прочности 0,8 - 0,9, что связано с особенностями его строения.

Заключение

1) По результатам металлографических исследований выявлены следующие виды деградации структуры металла пароперегревателей из стали 12Х18Н10Т й 12Х1МФ в процессе длительной эксплуатации при температуре 545 °С:

- выделение по границам зерен аустенита стали 12Х18Н10Т дисперсных карбидов хрома, размеры и морфология которых изменяются при длительных выдержках, а также а-фазы на более поздних этапах эксплуатации, выделения которой вначале являются дисперсными скоагулированными, а затем образуют сплошную ссгку. способствующую охрупчиванию металла. Для сварных соединений наиболее интенсивно образование а-фазы происходит в металле шва, по сравнению с основным металлом и зоной термического влияния.

- сфероидизация перлита, связанная с постепенным растворением цементитных частиц в перлитных колониях, в большей степени проявляющаяся на поздних стадиях эксплуатации пароперегревателей;

- рекристаллизация матрицы стали 12Х1МФ вследствие перегрева в интервале 600 - 650 °С, заключающаяся в образовании мелких округлых зерен феррита по границам исходных, сформировавшихся при термической обработке;

- образование перекристаллизованпого перлита по границам исходной структуры, связанного с перегревом металла стали 12Х1МФ несколько выше температуры Ас) (720 - 750 °С), представляющего собой мелкие темнотравящиеся участки вокруг ферритных зерен;

- формирование феррито-карбидной структуры с крупными скоагулированными частицами второй фазы, содержащей в своем составе диффундирующий из матричного раствора молибден, обусловливающее потерю жаропрочных свойств металла.

2) Разрушение однородных и разнородных сварных соединений стали 12Х1МФ происходит преимущественно в зоне термического влияния, что связано с наиболее интенсивно протекающими процессами деградации структуры, а также формированием прослойки структурно свободного феррита в зоне сплавления со стороны перлитной стали;

3) Развитие микроповреждаемости стали 12Х18Н10Т осуществляется путем зарождения и роста пор ползучести, причем в большей степени по границам более мелких зерен. Увеличение времени наработки, а также выделение хрупких фаз способствует ускорению процессов повреждаемости металла. Развитие порообразования сопровождается слиянием отдельных пор в пароперегревателей.

4) Увеличение степени деградации структуры приводит к появлению неоднородности распределения твердости по поверхности пароперегревателей из исследуемых сталей, которое можно контролировать с помощью коэффициента гомо1 енности. принимающего значения менее 30 единиц в случае значительного рашпия порообразования.

5) В процессе длительной высокотемпературной эксплуатации naponepei рева I елей сверх паркового ресурса происходит увеличение степени механической неоднородности металла зоны термического влияния, обусловленное более интенсивными процессами сфероидизации перлита в основном металле по сравнению с бейнитной структурой в ЗТВ, а также развитием микроповрежденности металла порами ползучести, при этом коэффициента механической неоднородности принимает максимальные значения (25 - 40 %). Во всех случаях в сварных соединениях стали 12Х1МФ наиболее стабильной является структура металла шва, являющегося упрочненной прослойкой, коэффициент прочности которого составляет 1,4 - 1,7 относительно основного метала после эксплуатации при 545 °С в течение 180 -250 тыс. часов.

6) Наиболее значительное изменение структуры однородных и разнородных сварных соединений (кроме стали 12Х18Н10Т) при нагревах до исследуемых ieMiiepaiyp, моделирующих условия эксплуатации, происходит в зоне термического влияния вследствие более интенсивных процессов сфероидизации структурных составляющих, что нашло отражение в изменении коэффициента относительного упрочнения/ разупрочнения С,рп металла ЗТВ.

7) При сплавлении стали 12Х1МФ и 12Х18Н10Т в исходном состоянии и после эксплуатационного старения происходит изменение коэффициента причем в большей степени в металле перлитной стали, при этом в однородном сварном соединении стали 12Х1МФ мягкая прослойка формируется вблизи основного металла, а в разнородных соединениях со сталью 12Х18Н10Т еще и в зоне сплавления, что связано с образованием структурно свободного феррита.

1. Блантер М.Е. Фазовые превращения при термической обработке стали. -М.: Металлургия, 1962-268 с.

2. Винокур Б.Б. Карбидные превращения в конструкционных сталях. Киев: Паукова думка, 1988. - 240 с.

3. Ланская К.А. Жаропрочные стали. М.: Металлургия, 1969. - 247 с.

4. Нигрова Г.Д. Кинетика карбидных реакций в Сг Мо - V сталях. //Мсчалловсдение и термическая обработка металлов, 1996. -№8.

5. Пигрова Г.Д. Влияние длительной эксплуатации на карбидные фазы в хромомолибденованадиевых сталях //Металловедение и термическая обработка металлов, 2003. -№3.

6. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1976.-270 с.

7. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Пирайнен В.Ю. Специальные материалы в машиностроении. Санкт-Петербург: ХИМИЗДАТ, 2004. - 640 с.

8. Кан Р.У. Физическое металловедение, изд. 3-е перераб. и доп., в 3-х тт. Т.1 М.: Металлургия, 1987. - 658 с.

9. Металлофизика высокопрочных сплавов. Учебное пособие для ВУЗов. Гольдштейн М. И., литвинов В. С., Бронфин Б. М. М.: Металлургия, 1986. - 312 с.

10. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов. Справочное пособие в 3-х тт./ Под общей ред. Туманова А. Т. т 1. Физические методы исследования материалов /под ред. Кишкина С. Т. М.": Машиностроение, 1971 - 554 с.

11. Золоторевский B.C. Механические свойства металлов. Учебник для ВУЗов, 2-е изд. М.: Металлургия, 1983 - 352 с.

12. Дьяченко С.С. Образование аустенита в железоуглеродистых сплавах. -М.: Металлургия, 1982 128 с.

13. Металловедение и термическая обработка стали: Справочное издание в 3-х тт. /под ред. Берпштейна M.JL, Рахштадта А.Г. 4-е изд. перераб. и доп. Т. 1. Методы испытаний и исследования. - М.: Металлургия, 1991 - 304 с.

14. Металловедение и термическая обработка стали: Справочное издание в 3-х тт. /под ред. Бернштейна M.JL, Рахштадта А.Г. 4-е изд. перераб. и доп. Т. 2 - М.: Металлургия, 1991 - 368 с.

15. Хромченко Ф.А., Корольков П.М. Технология и оборудование для термической обработки сварных соединений. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 200 с.

16. Хромченко Ф.А. Надежность сварных соединений труб котлов и паропроводов. М.: Энергоиздат, 1982. — 120 с.

17. Земзпн В.Н. Жаропрочность сварных соединений. J1.: Машиностроение, 1972.-272 с.

18. РД 34 15.027 89 (PTM.lc - 89). Сварка, термическая обработка и контроль труб систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте оборудования электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 256 с.

19. Антикайн П.А. Металлы и расчеты на прочность котлов и трубопроводов. -М.: Энергия, 1980.-424 с.

20. Антикайн П.А. Коррозия металла парогенераторов. М.: Энергия, 1977.112 с.

21. Мровец С., Вербер Т. Современные жаростойкие материалы. Справочник, /пер. с польск. под ред. Маеленкова С.Б. М.: Металлургия, 1986. - 360 с.

22. Юрченко Ю.Ф., Агапов Г.И. Коррозия сварных соединений в окпелшельных средах М.: Машиностроение, 1976. — 150 с.

23. Розенберг В.М. Ползучесть металлов. М.: Металлургия, 1967.

24. Ефименко Л.А., Прыгаев А.К., Елагина О.Ю. Металловедение и термическая обработка сварных соединений: Учебн. пособие. — М.: Логос, 2007. — 456 с.

25. Хромченко Ф.А. Ресурс сварных соединений паропроводов. М.: Машиностроение, 2002. - 352 с.

26. Одесский П.Д. О деградации свойств сталей для металлических конструкций // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2003, №10, том 69. -с. 41-48.

27. Маликов В.Я., Стадник П.Е., Галунов Н.З., Лисецкий Л.Н., Мнацаканова Т.Р. Опыт применения рентгеноструктурного анализа в исследованиях металла 1рубопроводов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007, №11, том 73. -с. 41-42.

28. Клюев В.В., Соснин Ф.Р. Неразрушающий контроль в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2003, №10, том 69. с. 34 - 39.

29. Розенштейн И.М. Хрупкое разрушение стальных сварных конструкций // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008, №7, том 74. с. 48 - 51.

30. Панин В.Н. Влияние исходного химического состава низколегированной стали на хрупкую прочность околошовной зоны сварного соединения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007, №8, том 73.-е. 59-63.

31. Карабахин В.Г., Антонов А.А. Кинетика изменений остаточных напряжений в корне шва при многослойной сварке // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2003, №12, том 69. с. 46 - 51.

32. Кузьбожев А.С., Агипей Р.В., Смирнов О.В. Применение электронной микроскопии в исследованиях деформационного старения материала трубопроводов // Заводская лабораюрия. Диагностика материалов №10. 2007. Том 73.-е. 37-41.

33. Кузьбожев А.С., Агипей Р.В., Смирнов О.В. Исследование вариации твердости трубной стали 17Г1С в ходе статического нагружения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007, №12, том 73. — с. 49 — 53.

34. Острейковский В.А., Силин Я.В. Статистический анализ надежности нефтепромысловых трубопроводов. // Нефтегазовое дело, 2008.

35. Балтер М.А., Любченко А.П., Аксенова С.И., Чернякова А.А, Гольдштейн Л.Я.,Куриц Е.А. Фрактография средство диагностики разрушенных деталей /Под общ. ред. Балтер М.А. - М.: Машиностроение, 1978. - 160 с.

36. Лившиц Л.С., Хакимов А.Н. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989.-336 с.

37. Приданцев М.В. Жаропрочные стареющие сплавы. М.: Металлургия, 1973.- 184 с.

38. Ячинский А.А. Влияние структурно фазового состава трубных сталей и их сварных соединений на сопротивление деформационному старению. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Москва, 2006.-24 с.

39. Рябов В.Р. Сварка плавлением алюминия со сталью. Киев: Изд. Наукова думка. 1969.-232 с.

40. Хромченко Ф.А., Корольков П.М. Технология и оборудование для термической обработки сварных соединений. -М.: Энергоатом из дат, 1987. -200 с.

41. Маннапов Р.Г. Прогнозирование ресурса оборудования по статистике повреждений // Химическое и нефтяное машиностроение, №9, 1992. с. 11-13.

42. Сосновский J1.A., Махутов Н.А., Бордовский A.M., Воробьев В.В. Статистическая оценка деградации свойств материала нефтепровода //Заводская лаборатория. Диагностика материалов №11. 2003. Том 69. с. 40 - 49.

43. Коротких Ю.Г., Копьева О.С., Пичков С.Н. Расчетно экспериментальное обоснование характеристик повреждений, прочности и ресурса // Заводская лаборатория. Диагностика материалов №8. 2007. Том 73. - с. 55 - 58.

44. Махутов Н.А. Роль механических испытаний в обосновании прочности, ресурса и безопасности. //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007, №9, том 73. с. 56-63.

45. Чиркова А.Г., Авдеева Л.Г., Симарчук А.С. Фрактальный анализ эволюции адаптации структуры стали 20Х23Н18 к условиям эксплуатации в печах пиролиза углеводородов. СПб: ООО «Недра», 2004. - 88 с.

46. Иванова B.C., Встовский Г.В., Колмаков А.Г., Пименов В.Н. Фрактальная параметризация структур в радиационном материаловедении. Москва, 1999. - 50 с.

47. Встовский Г.В., Колмаков А.Г., Бунин И.Ж. Введение в мультифрактальную параметризацию структур материалов. Ижевск.: Научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. - 116 с.

48. Готальский Ю.Н. Сварка разнородных сталей. К.: Техника, 1981. - 184с.

49. Фрактография и атлас фрактограмм / Справ. Изд. Пер. с англ./ под ред. Дж. Феллоуза. Металлургия, 1982. - 489 с.

50. Баранова Л.В., Демина Э.Л. Металлографическое травление металлов и сплавов: Справочное издание. М.: Металлургия, 1986 - 256 с.

51. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов: Учебник для ВУЗов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986 - 480 с.

52. Химушин Ф.Ф. Нержавеющие стали. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Металлургия, 1967 - 798 с.

53. Меськин B.C. Основы легирования стали. М.: Металлургия, 1964 - 684 с.

54. Миркин JI.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1979 — 134 с.

55. Тарасенко Л.В. Закономерности формирования химического состава многокомпонентного карбида М2зС6 в жаропрочных сталях. // Металловедение и термическая обработка, 2000, № 1, с. 6 10.

56. Виницкий А.Л., Бронфин Б.М. Фарбер В.М., Гольдштейн М.И. Исследование кинетики процесса растворения карбида М2зС6 в аустените. // ФММ, 1978, т. 45, вып. 2, с. 372 376.

57. Рябов В.Р., Рябкин Д.М., Курочко Р.С. и др. Сварка разнородных металлов и сплавов. М.: Машиностроение, 1984. — 239 с.

58. Гетман А.Ф. Ресурс эксплуатации сосудов и трубопроводов АЭС. М.': Энергоатомиздат. 2000. - 427 с.

59. Гетман А.Ф. Концепция безопасности «течь перед разрушением» для сосудов и трубопроводов давления АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1999. - 258 с.

60. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984, - 312 с.

61. Гетман А.Ф., Козин Ю.Н. Неразрушающий контроль и безопасность эксплуатации сосудов и трубопроводов давления. М.: Энергоатомиздат, 1997, - 288 с.

62. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. М.: Машиностроение, 1985. - 232 с.

63. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Сварочные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1982. - 272 с.

64. Лившиц Л.С. Металловедение для сварщиков (сварка сталей). М.: Машиностроение, 1979. -253 с.

65. Сварка в машиностроении., Справочник в 4-х тт. т. 2 / Редкол: Николаев Г.А. и др. М.: Машиностроение, 1978. - т. 2 / под ред. Акулова А.И., 1978. - 462 с.

66. Сварка в машиностроении., Справочник в 4-х тг. т. 1 / под ред. Ольшанского Н.А., 1978. 504 с.

67. Сварка в машиностроении., Справочник в 4-х тт. т. 3 / под ред. Винокурова В.А, 1979.-567 с.

68. Рябов В.Р. Сварка плавлением алюминия со сталыо. Издательство-: «Наукова Думка» - 1969. - 232 с.

69. Березин В.Л., Суворов А.Ф. Сварка трубопроводов и конструкций. М.: Недра, 1976.-359 с.

70. Кришгал М.А. Механизм диффузии в железных сплавах. М.: Металлургия, 1972. - 400 с.

71. Горицкий В.М. Диагностика металлов. М.: Металлургиздат, 2004. - 408с.

72. Алешин Н.П., Щербинский В.Г. Контроль качества сварочных работ. Учебное пособие 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1986. — 207 с.

73. Гагсн Ю.Г., Воробьев Н.А. Сварка магистральных трубопроводов. М.: Недра. 1976. - 151 с.

74. Криилал М.А., Волков А.И. Многокомпонентная диффузия в металлах. -М.: Металлургия. 1985. 176 с.

75. Улучшение механических свойств конструкционных сталей. Опыт металлургов ГДР. Сборник статей. Перевод с нем. М.: Металлургия, 1989. - 184 с.

76. Хрупкие разрушения сварных конструкций. Н. Йорк, 1967. Пер. с англ. М.' Машиностроение, 1974. Холл В., Кихара X., Зут В., Уэллс А.А. 320 с.

77. Земзин В.Н., Шрон Р.З. Термическая обработка и свойства сварных соединений. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1978. - 367 с.

78. ОСТ 153-39.4-010-2002 Методика определения остаточного ресурса нефтегазопромысловых трубопроводов и трубопроводов головных сооружений.-Москва, 2002.

79. РД 26.260.004-91 Прогнозирование остаточного ресурса оборудования по изменению параметров его технического состояния.

80. Методика диагностирования технического состояния и определения остаточного ресурса технологического оборудования нефтеперерабатывающих, нефгехимических и химических производств (ДиОР-05). Волгоград: ВНИКТИнефтехимоборудование, 2006. - 81 с.

81. Пигрова Т.Д. Влияние длительной эксплуатации на карбидные фазы в хромомолибденованадиевых сталях // Материаловедение и термическая обработка металлов, 2003. №3.

82. Гудремон Э. Специальные стали. М.: Металлургия. - 1960, 1200 с.

83. Готальский Ю.Н. Новый фактор, вызывающий образование структурной неоднородности в зоне сплавления разнородных сталей. //Автоматическая сварка. -1977, с. 13- 16.

84. Лаборатория металлографии, /под ред. Лившица Б.Т. М.: Металлургиздат. - 1957, 431 с.

85. Металлография железа. Том 2. «Структура сталей» (с атласом микрофотографий). Пер. с англ. Изд-во «Металлургия», 1972, с. 284

86. Металлография железа. Том 1. «Основы металлографии» (с атласом микрофотографий). Пер. с англ. Изд-во «Металлургия», 1972, с. 240

87. Твердость стали как функция ее прочностного и структурного состояния 1 Ю.Н. I лавскпй. Ю.Г. Артемьев // Заводская лаборатория. 1989. - № 5. - с. 88-91.

88. Превращения в железе и стали / Курдюмов Г.В., Утевский JI.M., Энтин Р.И.-М.: Паука. 1977.-236 с.

89. Данилов В.И., Дрозд М.С., Славский Ю.И. Применение безобразцового метода контроля механических свойств сталей в условиях металлургического производства. Заводская лаборатория, № 2, 1972, с. 217 221.

90. Материаловедение. Технология конструкционных материалов / под ред. В. С. Чередниченко. 4-е изд., стер. - М.: Изд. «Омега - Л», 2008. - 752 е., ил.

91. Никитенко А.Ф. Ползучесть и длительная прочность металлических материалов. Новосибирск. Изд-во ин-та гидродинамики СО РАН и НГАСУ, 1997. -278 с.

92. Зеленова В.Д. Механизм вязкого и хрупкого разрушения и методы оценки сопротивления разрушению металлов и сплавов. М.: Машиностроение, 1975, 41 с.

93. Напряжения и деформации в деталях и узлах машин / под ред. Н.И. Пригоровского. М.: Машгиз, 1961 565 с.

94. Шанявский А.А. Синергетические аспекты фракгографического анализа эксплуатационных разрушений. // Металлы 1996, № 6, с. 83 - 92.

95. Коньков Ю.Д., Игумнов В.П., Шилов В.П. Изменение диффузионной зоны биметалла при циклическом нагружении и нагреве. В кн.: Практика тепловой микроскопии. М.: Наука, 1976, с. 83 - 86.

96. Мерин Б.В., Слизберг С.К. Об оценке качества соединения разнородных , металлов, полученных при сварке давлением. //Сварочное производство. 1969, № 3,с. 22-25.

97. Петров Г.Л., Земзин В.Н., Гонсеровский Ф.Г. Сварка жаропрочных нержавеющих сталей. Л.: Машгиз. Ленинград, отд., 1963. 248 с.

98. Люшинский А.В. Диффузионная сварка разнородных материалов: учеб. пособие для студ. ВУЗов. М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 208 с.

99. Справочник сварщика судостроителя / Абрамович В. Р., Бочкарев В.П.", Глушаков Л.Б. и др. - Л.: Судостроение, 1981. -272 с.

100. Федоров В.В. Термодинамические аспекты прочности и разрушения твердых тел. Ташкент: Фан, 1979. - 168 с.

101. Антипов Ю.Н. Особенности определения остаточного ресурса разнородных конструктивных элементов нефтегазового оборудования ифубопроводов. Авюрефераг диссертации на соискание ученой степени кандидата 1е\нических наук. Уфа, 2007. — 24 с.

102. Трякина Н.Ю., Пояркова Е.В., Грызунов В.И. Анализ деградации структуры и механических свойств стали 12Х18Н10Т в процессе длительной эксплуатации // Металловедение и термическая обработка металлов, 2009. №9, с.11-15.

103. Кузеев И.Р., Трякина Н.Ю. Оценка структурно-механической неоднородности сварных соединений теплоустойчивых сталей. Сб. материалов IX Международной конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении». 2009.-е.

104. Трякина Н.Ю. Деградация структурно-механического состояния 'трубопроводов и их сварных соединений (препринт). Орск: Изд-во ОГТИ, 2009. - 60 с.

105. Ефименко Л.А., Капустин О.Е., Илюхин В.Ю., Коновалова О.В. Анализ склонности трубных сталей различных категорий прочности к термодеформационному старению. //Сварочное производство, 2008, № 1.;

106. Хромченко Ф.А., Федосеенко А.В. Жаропрочность сварных соединений паропроводов с дефектами в металле шва. 4.1. Результаты испытаний образцов с дефектами. // Сварочное производство, 2008, № 8.

107. Хромченко Ф.А., Федосеенко А.В. Жаропрочность сварных соединений паропроводов с дефектами в металле шва. 4.2. Результаты стендовых испытаний натурных сварных трубных моделей с дефектами. // Сварочное производство, 2008, № 9.

108. Андронов И.Н., Богданов Н.П., Пронин А.И., Теплинский Ю.А". Экспериментальное исследование влияния поверхностных дефектов на характеристики трубных сталей. //Заводская лаборатория. Диагностика металлов, 2009, т.75, № 3.

109. Берман А.Ф., Николайчук О.А., Юрин А.Ю. Автоматизация прогнозирования технического состояния и остаточного ресурса деталей уникальных машин и аппаратуры. //Заводская лаборатория. Диагностика металлов, 2009, т.75, № 3.

110. Гладштейн В.И, Влияние времени наработки до 350 тыс. часов на служебные xapaici еристики и структуру литых корпусных деталей паровых турбин и арма1уры //Металловедение и термическая обработка металлов, 2007, № 4.

111. Wadsworth Jeffrey, Ruano Oscar, Sherby Oleg D. Denuded zones, diffiisional creep and grain boundary sliding. //Met. and Mater. Trans. A. 2002. 33.- №2. - c. 219229.

112. Gavriljuk V.G. Decomposition of cementite in perlite steel due to plastic deformation. // Mater. Sci. and Eng. A.2003. 345. № 1,- c. 81-89.

113. Куманин В.И. Структура, поврежденность и работоспособность 1еплостойкой с шли при длительной эксплуатации. //Металловедение и термическая обработка металлов. 1980. - №12. — с.26-29.

114. Елпанова Н.В., Березина Т.Г. Влияние структуры на кинетику разрушения стали 12Х1МФ при ползучести. //Металловедение и термическая обработка металлов. 1989.-№7. - с. 36-39.

115. Опарина И.Б., Ботвина Л.Р. Структурный аспект накопления повреждений в условиях ползучести металлов. //Металлы.-2004.- №6.- с.95 99.

116. Шрон Р.З., Минц И.И. К вопросу о разупрочнении стали 12Х1МФ при длигельном нагружении в условиях ползучести. //Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. - №4. - с. 39-42.

117. Баландина М.Ю., Мочалов Б.С. Исследование степени повреждаемости и уровня твердости металла труб из стали 12Х1МФ после эксплуатации в условиях ползучести. //Труды ЦКТИ, выпуск 293. 2004. - с. 296-299.

118. Бугай Н.В., Березина Т.Г., Трунин И.И. Работоспособность и долговечность металла энергетического оборудования. М.: Энергоатомиздат, 1994-. - 272 с.

119. Крутасова Е.И. Надежность металла энергетического оборудования. М.: Энергоатомиздат, 1981. - 240 с.

120. Фрост Г. Дж., Эшби М.Ф. карты механизмов деформации. Пер. с англ. Бернштейн Л.М. Челябинск: Металлургия. Челябинское отделение, 1989. - 328 с.