автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Разработка методов прогнозирования остаточного ресурса печных змеевиков из стали 15Х5М на основе исследования структурно-механических состояний и их эволюции в процессе эксплуатации

На правах рукописи

ТРИШКИНА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА

003443953

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ПЕЧНЫХ ЗМЕЕВИКОВ ИЗ СТАЛИ 15Х5М НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ И ИХ ЭВОЛЮЦИИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

05.02.01 - Материаловедение (машиностроение)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 ОКТ 2008

Волгоград 2008

003449953

Работа выполнена в ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудование» и на кафедре «Материаловедение и композиционные материалы» Волгоградского государственного технического университета

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

- заслуженный деятель науки РФ, доктор техничнских наук, профессор Трыков Юрий Павлович

- доктор технических наук, профессор Тескер Ефим Иосифович кандидат технических наук Теплова Наталья Ивановна

- ОАО «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт химнефтеаппаратуры», г. Волгоград

Защита состоится « 30 » октября 2008 г в 10 00 на заседании диссертационного совета Д 212 28 02 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу 400131, г Волгоград, пр Ленина, 28, ауд 209

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета

Автореферат диссертации разослан » ¿19 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета

/

Кузьмин С В

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Важнейшими технологическими процессами нефгепе-реработки являются предварительная гидроочистка бензинов от сернистых, азотистых, металлоорганических соединений и каталитический риформинг Перед поступлением в реакторы сырье нагревается в печных змеевиках, состоящих го бесшовных труб При температурах стенки 350-580°С и давлениях до 5 МПа применяются трубы широкого диапазона типоразмеров из рационально легированной стали 15Х5М (15Х5М-У)

Работы ученых Наумаш Ф К, Розе А, Шрадер А., Арчакова Ю И, Седова Б м„ Дьякова ВР, Залесской Е Б, Вильфилм С И, Медведева 10 С, Бочарова АII, Королева Н.М, Ковпака В И, Кривенюка В В, Рабкиной М Д, Мирочника В Л, Ламзина АХ, Рубенчика Ю И., Бережнова ЮМ, Гордеева Г Л, Ватника Л Е, Мухина В Н, Тепловой Н И, Земзина В Н, Кириличева Н В, Халимова А.Г, Габбасова Д Ф посвящены исследованиям теплоустойчивости стали 15Х5М (15Х5М-У), коррозионной стойкости в рабочих средах, технологичности (свариваемости и деформируемости), возможности восстановления ее служебных свойств после пожара и проблемам прогнозирования длительной прочности

В связи с тем, что наработка труб из стали 15Х5М во многих случаях уже превысила 300 - 350 тысяч часов при проектном сроке 100 тысяч часов, существует проблема оценки физического ресурса металла, которая базируется на определении реальных прочностных свойств при расчетных температурах и сравнении их с требованиями нормативно-технической документации Существующие в настоящее время нормативно-технические документы по проведению прочностных расчетов основаны на результатах исследований металла печных змеевиков в состоянии поставки и со сроками эксплуатации, не превышающими 200 тысяч часов Вместе с этим в литературных источниках отсутствует оценка прочностных характеристик стали 15Х5М при наработках свыше 250 тысяч часов

Для обеспечения эксплуатационной надежности змеевиков, отработавших 300 и более тысяч часов, необходимо сокращение межинспекционных интервалов В связи с этим обостряются проблемы 1) вырезок металла, 2) длительных испытаний Вырезка металла для исследования сопряжена с трудностями последующего ремонта (сварки, термообработки, контроля швов, шдроиспытания), а максимальная продолжительность испытаний на длительную прочность, необходимая для продления срока эксплуатации на 50 тысяч часов, составляет 3,5 - 5 тысяч часов Для оперативного принятия решений о замене оборудования необходима экспрессная оценка

Автор выражает искреннюю благодарность к.т.н. Ватнику Леониду Ефимовичу, к.т.н, доценту Гуревичу Леониду Моисеевичу за участие в формировании направления, методологической подготовке исследований и помощь, оказанную при анашзе их научной новизны.

прочностных свойств Поэтому актуальной является разработка неразрушающи х методов контроля и ускоренного прогнозирования жаропрочности с учетом качественно различных характеристик состояния металла

Актуальность работы подтверждается выполнением ее в рамках мероприятий Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в области промышленной безопасности опасных производственных объектов, в соответствии с решениями Совета главных механиков предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности о совершенствовании существующих нормативно-технических документов и разработке критериев, повышающих безопасность эксплуатации оборудования при переводе технологических установок на увеличенный межремонтный пробег

Цель и задачи работы Цель работы - научно обоснованное продление срока эксплуатации печных змеевиков из стали 15Х5М на базе исследования эволюции структурно-механических состояний, оценки ресурса жаропрочности и развития методов прогнозирования эксплуатационной надежности Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач

1 Исследование и анализ структурно-механических состояний металла змеевиков в процессе длительной эксплуатации

2 Установление закономерностей формирования структуры и механических свойств стали при кратковременных превышениях расчетной температуры стенки по результатам послеаварийных исследований и моделирования профилактических паровыжигов кокса

3 Разработка критериев экспресс-методов прогнозирования жаропрочности змеевиков на основе исследования их кратковременной, длительной прочности и пластичности в зависимости от структурных характеристик металла

4 Промышленное внедрение экспресс-методов прогнозирования жаропрочности, разработанных на основе исследования структуры и механических свойств металла при воздействии температуры и деформации ползучести

5 Разработка алгоритма комплексной оценки жаропрочности и остаточного ресурса эксплуатации печных змеевиков установок предварительной гидроочистки бензинов и каталитического риформинга

Научная новизна работы заключается в раскрытии особенностей структурно-механических состояний стали 15Х5М, характера и кинетики их эволюционных изменений, определяемых спецификой различных термодеформационных режимов эксплуатации печных змеевиков

1 Установлено, что в стали 15Х5М, эксплуатируемой при 350-495°С до 300-350 тысяч часов фазовый состав и жаропрочность металла изменяются

незначительно из-за малой скорости диффузионных процессов, а возможные изменения морфологии и распределения карбидных частиц, размеров и формы зерен феррита обусловлены, в основном, кратковременными превышениями проектных температур стенок труб

2 Показано, что деградация структуры и свойств стали 15Х5М при перегревах выше эксплуатационных температур идет по двум направлениям а) снижение прочности в результате коагуляции карбидной фазы, б) снижение характеристик пластичности при появлении в микроструктуре бейнитной составляющей или грубых карбидных выделений по границам зерен, для таких состояний характерно значительное отклонение относительного содержания Мс, н особенно Сг, в карбидах от оптимальных значений^ котопые ггои 470°С составляют от 11 до 21% Сг, от 5 до 26 % Мо

3 Показано, что в процессе длительной эксплуатации стали 15Х5М в условиях стабильного температурного режима при 570°С снижение фазового наклепа, переход Сг и Мо из твердого раствора в карбидную фазу, выделение мелкодисперсных стабильных карбидов по границам и телу зерен при малой скорости коагуляции не сопровождаются изменением размеров зерен и увеличением склонности к зернограничной пороповреждаемости, в резулыате чего не снижается минимальный уровень пределов длительной прочности и длительная пластичность при наработках змеевиков до 300-350 тысяч часов

4 Раскрыт механизм замедления разупрочнения при релаксационной ползучести на границах зерен и в приграничных объемах (снятие пиковых напряжений, залечивание микропор докрихического размера) под длительным воздействием на металл труб напряжений от внутреннего (рабочего) давления при 570°С, которые всегда ниже порога равномерной ползучести

Практическая значимость работы.

В результате проведешшх исследований разработан алгоритм комплексной оценки жаропрочности металла и остаточного ресурса печных змеевиков, исключающей затраты на необоснованные контрольные вырезки металла и обеспечивающей возможность оперативного принятия решения о продлении срока эксплуатации или замене элементов змеевиков, предложен классификатор структуры для оптимизации прогнозирования жаропрочности, определены критерии оценки кратко-времешюй и длительной прочности по микроструктуре и фазовому составу стали 15Х5М, представлена «Методика оценки состояния металла печных змеевиков установок предварительной гидроочистки бензинов и каталитического риформинга», устанавливающая объем и последовательность проведения работ по оценке жаропрочности металла и остаточного ресурса змеевиков печей, создан атлас «Структурно-механические состояния стали 15Х5М, применяемой в печных змеевиках ус-

тановок предварительной гидроочистки бензинов и каталитического риформинга нефтеперерабатывающих предприятий», который используется при экспертизе промышленной безопасности оборудования, продлен срок эксплуатации печных змеевиков с 300-350 до 350-400 тысяч часов на предприятиях ООО «ЛУКОШТ-Волгограднефтепереработка», ОАО «Московский НПЗ», ЗАО «Рязанская НПК», ООО «ЛУКойл-Пермнефтеоргсинтез» и др Среднегодовой экономический эффект от продления срока эксплуатации змеевиков за счет снижения капитальных затрат на приобретение и замену змеевиков составил 2 млн руб (на 1 печь)

Достоверность результатов обеспечена использованием металлографического метода исследования с применением оптической микроскопии (микроскопы Neophot-21, Olympus ВХ-61), электронной микроскопии (Tesla BS -540), неразрушающего контроля микроструктуры, фазового рентгеноструктурно-го и карбидного анализов, механических испытаний на растяжение при комнатной и рабочих температурах, испытаний на длительную прочность, измерения твердости и микротвердости, применением средств компьютерной обработки экспериментальных данных

Апробация работы Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях Ш Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных струетур» (Москва, 2006 г), ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного технического университета (Волгоград, 2003 - 2008 г г )

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертационной работы опубликованы в семи печатных работах, в т ч четыре работы - в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ Обьем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 155 наименований, и приложений на 33 страницах Основная часть работы содержит 198 страниц машинописного текста, 28 таблиц, 101 рисунок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыты актуальность работы, научная новизна и практическая ценность, сформулирована цель исследования, показаны структура и содержание диссертации

В первой главе рассмотрено назначение и устройство технологических печей установок предварительной гидроочистки бензинов и каталитического риформинга Для обоснования выбора материала труб печных змеевиков приведены данные о влиянии основных легирующих элементов и способов термической обработки на эксплуатационные свойства теплоустойчивых

хромомолибденовых сталей Показаны преимущества стали 15Х5М по сравнению с другими хромомолибденовыми сталями и причины ее наиболее широкого применения в печных змеевиках

Проанализированы результаты опубликованных ранее работ по оценке эксплуатационной надежности стали 15Х5М после различных сроков наработки (до 250 тысяч часов) Приведен обзор эмпирических, феноменологических и физических методов прогнозирования жаропрочности Показана целесообразность применения неразрушающих методов оценки состояния металла и экспрессного прогнозирования жаропрочности, которые базируются на исследовании взаимосвязи параметров структуры с характеристиками жаропрочности

Приведенный juncpdiyphbiil обзор обширных сведений о взаимосвязи структурных параметров с характеристиками кратковременной и длительной прочности и пластичности металла показывает, что эти данные нередко противоречивы, так как получены для различных материалов со специфическими механизмами разрушения при конкретных температурно-силовых условиях испытаний Приме1штель-но к металлу печных змеевиков установок предварительной гидроочистки бензинов и каталитического риформинга эти вопросы недостаточно изучены и неполно освещены в литературе

В то же время сформированный ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудование» банк данных открывает перспективу прогнозирования механических свойств, в т ч длительной прочности, но структурным параметрам

В заключении первой главы сформулирована цель диссертационной работы и определены основные задачи исследования

Во второй главе представлен исследуемый материал 1) металл бесшовных труб в состоянии поставки при сравнении микроструктуры, фазового состава, кратковременных механических свойств, длительной прочности после различных режимов термической обработки - отжига (15Х5М) и нормализации с последующим высоким отпуском (15Х5М-У), 2) металл труб после сроков эксплуатации 70-375 тысяч часов в змеевиках камер конвекции и радиации технологических печей предварительной гидроочистки бензинов и каталитического риформинга более 20 нефтеперерабатывающих предприятий К таким установкам относятся 35-5,35-6,35-11/300,35-8/300Б, 24/600 и другие Исследовались трубы всех применяемых типоразмеров от 0 76 * 7 мм до 0219 * 20 мм

Выбраны методики проведения химического, фазового ретгенострукгурного, карбидного, металлографического анализов, электронной микроскопии, измерения твердости и микротвердости, определения кратковременных механических свойств (по результатам испытаний на растяжение), длительной прочности, характеристик

ползучести для реализации программы исследований металла печных змеевиков из стали 15Х5М (15Х5М-У) в состоянии поставки и после эксплуатации

Представлены методики исследования стали 15Х5М на основе предложенной классификации структуры для разработки критериев экспресс-оценки жаропрочности металла печных змеевиков, а также для определения характера и кинетики эволюционных изменений структурно-механических состояний стали 15Х5М в процессе эксплуатации

Рассмотрены разработанные методики оценки стабильности состояния стали 15Х5М до и после эксплуатации при моделировании воздействий 1) кратковременных превышений расчетных температур, 2) длительной изотермической экспозиции, 3) предварительной деформации ползучести на различных стадиях.

В третьей главе приведены результаты исследования, свидетельствующие о стабильности химического состава стали 15Х5М в процессе эксплуатации

Определены зависимости характеристик прочности и пластичности от температуры испытания на растяжение для стали 15Х5М и 15Х5М-У до и после длительной эксплуатации в широком диапазоне рабочих температур Сравнение полученных зависимостей и сопоставление механических свойств с требованиями нормативно-технических документов (ГОСТ 550-75, РТМ 26-02-67-84) позволило сделать вывод о том, что физический ресурс металла не исчерпан Определены максимальные, средние и минимальные уровни характеристик прочности и пластичности стали 15Х5М и 15Х5М-У с различными сроками наработки

Показано значительное отличие металла труб по структурным параметрам, обусловленное разбросом содержания легирующих элементов, различием режимов термической обработки при производстве труб и влиянием условий эксплуатации

Установлено, что после эксплуатации при расчетных температурах ниже 500°С (камеры гидроочистки и конвекции) и 570 °С (камеры радиации ри-форминга) микроструктуры стали 15Х5М представляют собой феррит 4-11 балла зерна по ГОСТ 5639-82 и карбиды различной морфологии, распределенные как по границам, так и по телу ферритных зерен с различной степенью равномерности. Форма зерна феррита - равноосная или удлиненная, обусловленная технологической наследственностью металла труб Карбиды могут иметь пластинчатую, пленочную, точечную, округлую, нитевидную, ленточную, неправильную, разветвленную форму, в колониях эвтекгоидного типа ленточные карбиды располагаются параллельно или переплетены Размер карбидов округлой формы в стали 15Х5М не превышает 3,5 мкм Спектр размеров зерен стали 15Х5М-У исследованных труб после эксплуатации также до-

вольно широк - от 4 до 11 балла по ГОСТ 5639-82, карбиды имеют пластинчатую, точечную, округлую форму размером до 1,5 мкм.

Предложена классификация структур по форме зерен феррита и взаимной ориентации фаз. Структуры классифицированы на 7 микроструктурных типов (рис. 1), 4 из которых характерны для стали 15Х5М:тип 1 - феррит с формой

Сталь 15Х5М

Сталь 15Х5М-У

Рис. 1. Структура металла труб печных змеевиков после эксплуатации

зерснеблизкой к равноосной, и карбиды, равномерно распределенные по границам и телу ферритных зерен, тип 2 - феррит с формой зерен, близкой к равноосной, и карбиды, распределенные неравномерно по границам и телу ферритных зерен, тип 3 - структурно-свободный феррит с формой зерен, близкой к равноосной, карбиды, распределенные по границам, телу ферритных зерен, и карбидные колонии, тип 4 - феррит с удлиненной формой зерна и равномерным или неравномерным распределением карбидной фазы по границам и телу ферришых зерен при наличии в микроструктуре незначительного количества мелких равноосных рекристаллизованных зерен Типы 5-7 характерны для стали 15Х5М-У тип 5 - сорбиггообразные структуры, представляющие собой феррит и карбиды, расположенные равномерно по границам и телу ферритных зерен, тип 6 - структуры ощущенного бейнита, тип 7 - структуры с различным соотношением структурно-свободного феррита и отпущенного бейнита

Для стали 15Х5М (15Х5М-У) после эксплуатации определены микроструктурные типы, соответствующие различным уровням характеристик прочности и пластичности Сталь 15Х5М-У (типы 5-7) имеет наибольшую прочность Тип 1 является переходным от стали 15Х5М-У к стали 15Х5М и соответствует максимальному уровню прочностных свойств стали 15Х5М после эксплуатации, более низкая прочность характерна для металла мшфострукгурных типов 2, 3, 4 В рамках микроструктурного типа 2,3 или 4 наиболее низкие значения предела прочности и твердости характерны для металла, имеющего минимальное количество С, Сг и Мо (в карбидной фазе и в твердом растворе), более крупное зерно, менее равномерное и менее плотное распределение карбидов в феррите, большее количество структурно-свободного феррита, обедненного карбидной фазой Выявлено отрицательное влияние структурной наследственности (сохранение структуры предшествующей обработки давлением) на прочностные свойства стали 15Х5М (тан 4)

Минимальные значения предела текучести а ох (по которому определяются допускаемые напряжения при температурах ниже 500°С) обусловлены наличием значительных областей феррита, где карбиды отсутствуют, или имеют неоптимальные размеры (карбиды точечной формы диаметром 0,1- 0,2 мкм при расстояниях между частицами, близких к размеру самих частиц)

Доказано, что при мониторинге состояния металла труб печных змеевиков измерение твердости без анализа структуры приводит к неадекватной оценке прочностных характеристик стали 15Х5М

Склонность к сосредоточенной деформации, характеризуемая относительным удлинением, минимальна для стали 15Х5М-У с равномерным плотным распределением карбидных частиц точечной формы (диаметром до 0,3 мкм при температуре эксплуатации 470°С и до 0, 6 мкм при 570°С, расстоя-

ния между карбидными частицами сопоставимы с размерами самих частиц) Относительное удлинение растет с увеличением наработки Опюсипгелыгое сужение минимально при наличии крупных скоплений карбидов пластинчатой, пленочной, неправильной, разветвленной формы или переплетенных ленточных, но при этом имеет достаточно высокие значения во всем исследованном температурно-временном интервале эксплуатации При растяжении образцов металла наблюдается вязкий характер разрушения и предшествующая ему значительная пластическая деформация даже после 375 тысяч часов эксплуатации

На основе установленной зависимости длительной прочности от общей протяженности границ зсрегг дня экспресс-оценки длительной прочности металла печных змеевиков после различных сроков эксплуатации при 1емиер<муре У!\ГС лрсдаОжс-на классификация структурных состояний по величине действительного зерна (15Х5М) или первичного аустешпного зерна (15Х5М-У)

Определены 6 микроструктурных категорий, три из которых характерны для отожженного состояния металла (О) и три - для термоупрочненного состояния (Т) структура 4-6 балла зерна - категория КО (крупнозернистая, отожженное состояние), категория КТ (крупнозернистая, термоупрочненное состояние), структура 6-8 балла зерна - категория СО (среднезернистая, отожженное состояние), категория СТ (среднезернистая, термоупрочненное состояние), структура 8-11 балла зерна -категория МО (мелкозернистая, отожженное состояние), категория МГ (мелкозернистая, термоупрочненное состояние)

У мелкозернистых (9-11 балл зерна) микроструктур более низкие значения длительной прочности (о,50000 = 40-42 МПа) Наиболее стабильными жаропрочными свойствами обладает сталь 15Х5М отожженного типа с величиной действительного зерна, соответствующего 6-8 баллу, и сталь термоупрочненного тала с 6-8 баллом первичного аустешпного зерна Для металла 4-6 балла зерна характерен большой разброс данных по длительной прочности, что обусловлено различными факторами протяженностью границ, соотношением объемов ффритной и карбидной фаз, степенью сфероидизации и коагуляции карбидов, их дисперсностью (рис 2)

Определены микроструктуры, не желательные при определенных условиях для дальнейшей эксплуатации из-за минимальных значений длительной прочности МО, твердость менее 170 НВ, КО, твердость около 120 НВ, структура с преобладанием феррита и высокой степенью коагуляции и сфероидизации карбидов в колониях (рис 2 б), КТ, твердость более 200 НВ, структура, образовавшиеся при распаде крупнопластинчатого бейнита, с очень плотным распределением мелкодисперсной карбидной фазы (рис 2 а), высокие значения твердости коррелируют с высокими значениями предела прочности (ов > 700 МПа) и низкой длительной пластичностью, способствующей повышению склонности

к деформационной повреждаемости; МТ, твердость более 170 НВ. При обнаружении этих структур необходима вырезка металла для исследования.

40 30

со 20

10

2000 4000 6000 Время,ч

2000 Время,ч

4000

Рис. 2. Кривые ползучести и структуры (х500) стали с минимальными пределами длительной прочности: а - 15Х5М-У, отпущенный бейнит; б - 15Х5М, феррит и карбиды; 1,2 - а0= 140 МПа, 3,4 - а0= 100 МПа, 5,6 - а0= 75 МПа

В четвертой главе на основе периодических исследований, а также посредством моделирования термического воздействия профилактических па-ровыжигов кокса показано, что изменение прочности и пластичности металла, работающего при температурах выше 350°С и ниже 500°С (печные змеевики гидроочистки и конвекции риформинга), обусловлено процессами коагуляции, растворения и выделения карбидов, имеющими место при кратковременных превышениях проектных температур. Изменяется, в основном, морфология, распределение, размер карбидных частиц. Возможно также изменение размеров й формы зерен феррита. Результаты моделирующих термообработок металла с различной исходной структурой показывают, что термическое воздействие при профилактических паровыжигах кокса может быть не только разупрочняющим, но и повышать прочностные характеристики, т. е. имеет непредсказуемый характер.

Установлено, что по сравнению с исходным состоянием при стабильном температурном режиме эксплуатации и отсутствии деформации ползучести не происходит существенных изменений содержания карбидообразующих элементов (Сг, Мо, Ре) в карбидной фазе и тапа карбидов в процессе эксплуатации. Рентгеноструктурным анализом выявлены три типа карбидов, из которых основными являются МетС3 и Ме23,С6, а Ме6С встречается реже, в малых количе-

ствах вместе с основными. Определены интервалы значений относительного содержания легирующих элементов в карбидах, соответствующие удовлетворительным для эксплуатации при 470°С характеристикам прочности и пластичности: 11,3 - 21,2% Сг, 5,6-25,0 % Мо для стали 15Х5М и 11,7-17,8 % Сг, 6,6-26,4 % Мо для стали 15Х5М-У.

Анализ послеаварийных исследований позволил определить:

- основную причину выхода из строя змеевиков - превышение расчетных температур в результате нарушения режимов горения топлива и теплопередачи в металле из-за отложения кокса в трубах, которому в большей степени подвержены трубы печей, работающих при температурах 350-480°С;

- микроструктуры металла с недопустимыми для дальнейшей эксплуатации характеристиками прочности и пластичности, выявление которых при неразрушающем контроле микроструктуры и твердости позволяет осуществлять своевременную отбраковку труб и предупреждать эксплуатационные повреждения. К ним, например, относятся: микроструктура, представляющая собой зерна феррита и карбиды глыбообразной формы размером до 10 мкм, которые располагаются преимущественно по границам зерен в виде «цепочек», твердость - около 120 НВ; микроструктуры с бейнитной составляющей или грубыми карбидными выделениями различной морфологии по границам зерен (рис. 3);

- видоизмененные структуры металла наружной поверхности труб (обезуглероженный, науглероженный слой и т. д.), толщину которых необходимо учитывать при оценке остаточного ресурса работоспособности труб.

■а

и •

о.

Рис. 3. Структуры металла после перегрева труб: а - бейнит и феррит, х500, 255-285 НВ, Ме23С6 и Ме7С3 (15,0 % Мо и 4,9 % Сг); б - феррит и карбиды, х2000,111 - 121 НВ, Ме23С6 и Ме7С3 ( 42,0 % Сг и 37,0 % Мо)

Установлено, что для структурно-механических состояний, предшествующих разрушению, характерно значительное отклонение химического состава карбидной фазы, особенно по содержанию Сг, от значений, соответст-

вующих удовлетворительным для эксплуатации при 470°С характеристикам прочности и пластичности (рис. 3).

Анализ банка данных по физико-механическим свойствам стали 15Х5М показывает, что при температуре 570°С (камеры радиации риформинга) в условиях стабильного температурного режима в процессе длительной эксплуатации протекают процессы старения (выделение карбидной фазы в феррите и обеднение твердого раствора карбидообразующими элементами). Скорость коагуляции при этой температуре невелика, максимальная величина отдельных карбидов округлой формы по границам зерен не превышает 3,5 мкм, а по телу зерен сохраняется достаточно высокая плотность распределения карбидной фазы. Ориентация карбидов по бейниту не исчезает даже при наработках, превышающих 350 тысяч часов.

Представленные результаты исследования фазового состава металла змеевиков после различных сроков эксплуатации при 570°С свидетельствуют о том, что содержание легирующих элементов в карбидах стали 15Х5М-У (12,5754,22% Сг , 9,43- 63,93% Мо) более высокое, чем стали 15Х5М (4,87-29,26% Сг, 3,85-57,69% Мо). Основными карбидами являются Ме7С3, Ме2зС6, Ме6С в различных сочетаниях при меньшем количестве карбида Ме^С. В металле отдельных партий наряду с основными в незначительных количествах присутствуют МоС, Мо2С и РезС. Средние значения содержания карбидообра-зующих элементов в карбидах выше, чем у металла после эксплуатации при 470°С (рис. 4). Выше и плотность распределения карбидной фазы в феррите, а также механические свойства стали 15Х5М при комнатной температуре: о в20, о ог°, твердость.

Рис. 4. Зависимость относительного содержания Сг (а) и Мо (б) в карбидах от температуры эксплуатации: 1 -15Х5М, 2 -15Х5М-У

При лабораторном исследовании воздействия изотермической экспозиции при 570°С в течение 4700 ч на сталь 15Х5М микроструктурнош шла 3 (феррит и карбидные колонии), категории СО в состоянии поставки установлено, что изме-

Ц

нение структуры металла идет в направлении увеличения суммарного содержания Cr, Mo в карбидной фазе и выделения мелких карбидов в феррите, что делает структуру более однородной

Изотермическая экспозиция, как и предварительная деформация ползучести е = 0,10-0,21 %, достигнутая при 570°С и напряжении испытания а ~ 20 МПа, близком к эксплуатационному, при снижении ств570 и увеличении не приводят к существенному изменению пределов длительной прочности, увеличивая продолжительность 1, упрочняющей, и III, ускоренной, стадии ползучести При этом ресурс пластичности имеет достаточно высокие значения, исключающие опасность внезапного разрушения

Предварительное деформирование при 570"С на I, II, начале III стадии ползучести до £ = 10 % при 100 МПа повышает кратковременные прочностные характеристики вследствие наклепа, практически не снижает пределы длительной прочности Вместе с этим утрачивается I, упрочняющая, стадия, но III, ускоренная, стадия ползучести более продолжительна, чем у металла в исходном состоянии Одновременно снижается ресурс пластичности до величины менее 2%

Предварительное деформирование при 570°С на I, П Ш стадиях ползучести (без достижения лавинной ползучести) до е = 10 % при 75 МПа снижает предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, предел длительной прочности, ресурс пластичности до величины менее 2% из-за достижения наибольшей степени повреждаемости границ зерен Упрочняющая стадия при ползучести отсутствует, а продолжительность Ш, ускоренной, стадии становится меньшей, чем после предварительного деформирования на 1-П стадиях

Анализ банка данных по длительной прочности и пластичности металла печных змеевиков с различной наработкой свидетельствует о состоянии стали 15Х5М, соответствующем I, неустановившейся, стадии ползучести, когда малые деформации ползучести локализуются по границам зерен, способствуя протеканию релаксационных процессов

Выявлено, что при снижении максимального уровня длительной прочности, который соответствует изначально термодинамически менее стабильному состоянию стали 15Х5М-У, минимальный и средний уровень не снижаются с увеличением продолжительности эксплуатации (рис 5), что позволяет осуществлять процедуру предварительной оценки жаропрочности металла труб по результатам неразрушающего контроля микроструктуры и твердости

Аи100 200 300 400

Время, тыс. ч

Рис 5 Влияние срока эксплуатации на длительную прочность стали 15Х5М (15Х5М-У)

В пятой главе и Приложении 2 представлен разработанный комплексный метод прогнозирования жаропрочности металла и остаточного ресурса эксплуатации печных змеевиков, его варианты и уровни, определяемые температурой эксплуатации, продолжительностью межремонтного периода, целями диагностирования

При расчетных температурах стенок труб ниже 500 °С предполагается 1 или 2 уровня оценки прочностных характеристик и остаточного ресурса эксплуатации- первый уровень - по результатам мониторинга с использованием нераз-рушающих методов контроля, второй - по результатам исследования физико-механических свойств металла контрольной вырезки (металлографический анализ, фазовый анализ, механические испытания) Сравнение допускаемых напряжений, определенных по минимальным значениям пределов текучести стали 15Х5М, полученных в результате статистической обработки массива экспериментальных данных после длительной эксплуатации при температурах ниже 500°С и давлениях до 5 МПа, с допускаемыми напряжениями на проектный срок 100 тысяч часов по РТМ 26-02-67-84 свидетельствует о том, что физический ресурс металла печных змеевиков не исчерпан при наработке свыше 350 тысяч часов При этом фактические прочностные свойства зависят не столько от срока эксплуатации, сколько от типа микроструктуры. Зависимость прочностных свойств стали 15Х5М от типа микроструктуры позволяет осуществлять предварительную оценку жаропрочности при неразрушающем контроле микроструктуры и твердости без вырезки металла.

Показано, что эксплуатация стали 15Х5М при 570°С в условиях, соответствующих релаксационной ползучести, позволяет прогнозировать ресурс работоспособности металла печных змеевиков, отработавших 300-350 тысяч часов до 350-400 тысяч часов При этом предполагается 1, 2 или 3 уровня ди-

агностирования 1) на первом уровне осуществляется мониторинг с использованием неразрушающих методов контроля (включая контроль деформации ползучести), 2) на втором уровне проводится экспресс-оценка жаропрочности по результатам исследования физико-механических свойств металла контрольной вырезки, 3) на третьем уровне определяются пределы длительной прочности по результатам стандартных испытаний на длительную прочность (ГОСТ 10145-81)

Для проведения неразрушающего контроля микроструктуры предложена специально разработанная методика металлографического исследования, предполагающая травление металла одного контрольного участка различными реактивами (с целью выявления 1 - морфологии и распределения карбидной фазы, 2 - границ зерен), а затем сравнение выявленной структуры с эталонами Представлены эталоны микроструктур и созданы идентификационные таблицы, позволяющие определять типы, категории микроструктуры и соответствующие им прочностные свойства

Определены условия осуществления контрольной вырезки металла для комплексного исследования физико-механических свойств 1 - неудовлетворительные результаты металлографического контроля (выявление пор и микротрещин, соответствие структуры типовой браковочной по эталонам при твердости менее 120 НВ или более 235 НВ, обнаружение видоизмененных поверхностных слоев металла труб вследствие обезуглероживания, науглероживания, рекристаллизации, коагуляции и др, если твердость менее 120 НВ или более 235 НВ, 2 - соответствие структуры минимальному значению предела текучести а о а или предела длительной прочности, установленное по эталонным шкалам при оценке жаропрочности

Если микроструктура и твердость соответствуют уровню свойств выше минимального, проводят прочностной расчет без вырезки металла С учетом результатов толщинометрии и скорости коррозии за предшествующий период эксплуатации оценивают остаточный ресурс оборудования Если ресурс эксплуатации достаточен, срок эксплуатации труб змеевика может быть продлен на 30 тыс ч без вырезки металла до следующего ремонта Если оценка жаропрочности по результатам неразрушающего контроля свидетельствует об ограниченном остаточном ресурсе металла, необходима контрольная вырезка для исследования физико-механических свойств

Для экспресс-оценки длительной прочности металла контрольной вырезки по физико-механическим свойствам предложены таблицы и графики зависимости предела длительной прочности от химического, фазового состава, структурных параметров, предела прочности и типоразмеров труб

Показано, что минимальные значения предела длительной прочности при 570 °С стали 15Х5М с ав 20 < 600 МПа соответствуют мелкозернистым структурам 9-11 балла, а также металлу с содержанием Мо в стали до 0,5 %, с минимальным относительным содержанием Мо в карбидах (3,85 %) (рис 6) и с наименьшим суммарным содержанием Ст, Мо и Ре в карбидной фазе (до 0,5 %)

Пределы длительной прочности стали 15Х5М-У с сгв 20 > 600 МПа слабо коррелируют с химическим и фазовым химическим составом Значительный вклад в упрочнение такого металла вносит повышенная плотность дислокаций, создаваемая термической обработкой (нормализация и высокий отпуск) Минимальные значения предела длительной прочности соответствуют металлу типа 7 (структурно-свободный феррит и отпущенный бейнит) с мелким

зерном 9-11 балла. Отмечено, что для «тонких» труб типоразмеров 0 76*7 мм,

20

и 108*9 мм низкие значения пределов длительной прочности металла с ав > 600 МПа могут иметь место вследствие увеличения прочности и снижения пластичности при подкалке, науглероживании, окислении поверхностных слоев, образовании неоднородных структур по толщине стенки Работоспособность металла труб этих типоразмеров необходимо определять только по результатам комплексного исследования свойств контрольной вырезки металла ^д

ез

1 50

О

О

2

о"'

Г-

V) лл

е 40

0 10 20 30 40 50

Мо в карбидах, %

Рис 6 Зависимость длительной прочности стали 15Х5М от относительного содержания Мо в карбидах, доверительная вероятность - 95 %, относительная ошибка прогнозирования - 4 -13 %

На третьем уровне оценки состояния металла печных змеевиков определяются пределы длительной прочности по результатам стандартных испытаний на длительную прочность. Оценка жаропрочности по результатам стандартных испытаний на длительную прочность (ГОСТ 10145-81) осуществляется в обязательном порядке через 50 тысяч часов эксплуатации Экспериментально подтверждена возможность экспресс-оцешси длительной прочности

стали 15Х5М после сроков эксплуатации, превышающих 250 тысяч часов, по методу базовых диаграмм (МБД) Кривешока В В Метод позволяет осуществлять прогноз на два и более порядка с применением обобщенных, или базовых, диаграмм длительной прочности, описываемых общим уравнением

^-Ьа.-Мт^х^г+ОДх^г),

где - значение длительной прочности при долговечности г, соответствующее базовой диаграмме, определяемой конкретным значением ст^МПа, с?1 - напряжение, при котором разрушение происходит за 1 час, МПа, сп< 1000 М11а, г ¿0,1 ч

^г=вгаг-^х(о,„-«7;)( где оу— прогнозируемое значение предела длительной прочности на срок г часов по экспериментальной диаграмме, стаг - напряжение испытания, ах - соответствующее сгаг значение времени до разрушения, [} - усредненный показатель отклонений экспериментальных диаграмм от базовых в интервале времени ат- т

Разработана методика ускоренного прогнозирования на 50000 ч по результатам испытаний на длительную прочность двух образцов, получены показатели отклонения участков экспериментальных диаграмм от базовых при 570°С для применения МБД с минимальной погрешностью прогнозирования вЛ сгат =100 МПа, 80 ч < ат< 1000 ч, /7 = 0,88,= 10,57 % = 100 МПа, ат> 1000 ч, /?= 1,00,5А = 11,51 % <та1 =140 МПа, 10 ч<ат< 100 ч, р = 0,93,5Д = 12,70 %

В главе 5 и Приложении 2 приведены примеры различных вариантов комплексной оценки жаропрочности и остаточного ресурса эксплуатации при диагностировании состояния металла печных змеевиков

Представлены данные о повышении эффективности эксплуатации нефтеперерабатывающего оборудования в результате проведенных работ по оценке ресурса работоспособности стали 15Х5М и совершенствованию прогнозирования жаропрочности Среднегодовой экономический эффект от продления сроков эксплуатации печных змеевиков в 2003-2008 г на предприятиях отрасли (ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», ОАО «Московский НПЗ», ЗАО «Рязанская НПК», ООО «ЛУКойл-Пермнефтеоргсинтез», ОАО «Саратовский НПЗ») составил 2 млн руб (на одну печь)

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Показано, что для повышения надежности и долговечности печных змеевиков из стали 15Х5М при сроках эксплуатации свыше 300-350 тысяч часов необходима оценка физического ресурса металла и актуальна разработка комплексного метода прогнозирования жаропрочности по структурным параметрам, отличающегося высокой информативностью и оперативностью

2 На основе исследования металла печных змеевиков в широком диапазоне рабочих температур разработана классификация микроструктур стали 15Х5М (15Х5М-У), учитывающая выявляемые при неразрушаюшем металлографическом контроле взаимную ориентацию фаз, форму и размеры ферриг-ных зерен, величину зерна первичного аустенита

3 Установлено, что минимальное сопротивление начальным пластическим деформациям (о од ) стали 15Х5М при температурах 350-495°С обусловлено наличием в структуре значительных областей феррита, где карбиды отсутствуют, или имеют неоптимальные размеры (точечные карбиды диаметром 0,1-0,2 мкм, расположенные на расстояниях друг от друга, сопоставимых с размерами самих карбидов), минимальное сопротивление деформации ползучести при 570 °С (а даю570 ) характерно для мелкозернистых структур, а также крупнозернистых с преобладанием феррита и высокой степенью коагуляции и сфероиди-зации карбидов в колониях при твердости около 120 НВ, или крупнозернистых с очень плотным распределением мелкодисперсной карбидной фазы при твердости более 200 НВ

4 В результате исследования фазового состава металла определены интервалы относительного содержания Сг и Мо, соответствующие удовлетворительным характеристикам кратковременной прочности и пластичности, для экспресс-оценки длительной прочности стали 15Х5М с сь20 < 600 МПа предложены эмпирические зависимости азах»™ от содержания Cr,Fe и Мо в карбидах

5 Установлено, что в стали 15Х5М, эксплуатируемой при температурах ниже 500°С при наработках до 300-350 тысяч часов, тип карбидов, их химический состав и жаропрочность металла изменяются незначительно из-за малой скорости диффузионных процессов, а возможные изменения морфологии и распределения карбидных частиц, размеров и формы зерен феррита обусловлены, в основном, кратковременными превышениями проектных температур стенок труб

6 По результатам послеаварийных исследований определены основные направления деградации структуры и свойств стали 15Х5М при перегревах выше эксплуатационных температур а) снижение прочности в результате

коагуляции карбидной фазы, б) снижение характеристик пластичности при появлении в микроструктуре бейнитной составляющей или грубых карбидных выделений по границам зерен, для таких состояний характерно значительное отклонение относительного содержания Мо, и особенно Сг, в карбидах от оптимальных значений

7 Установлено, что в процессе длительной эксплуатации стали 15Х5М в условиях стабильного температурного режима при 570°С снижение фазового наклепа, переход Сг и Мо из твердого раствора в карбидную фазу, выделение мелкодисперсных стабильных карбидов по границам и телу зерен при малой скорости коагуляции не сопровождаются изменением размеров зерен и увеличением склонности к зерно-граничной пороповреждаемости, в результате чеш не снижастся шпггмглызлЗ уровень пределов длительной прочности и дгигелыия пластичность при наработках змеевиков до 300-350 тысяч часов

8 Предложен механизм замедления разупрочнения при релаксационной ползучести на границах зерен и в приграничных объемах (снятие пиковых напряжений, залечивание микропор докрюического размера) под длительным воздействием на металл труб напряжений от внутреннего (рабочего) давления при 570°С, которые всегда ниже порога равномерной ползучести

9 Для стали 15Х5М с наработкой, превышающей 300-350 тысяч часов при 570°С, экспериментально подтверждена возможность и разработана методика ускоренного прогнозирования длительной прочности по методу базовых диаграмм, рассчитаны усредненные коэффициенты отклонения участков экспериментальных диаграмм от базовых с применением сформированного банка данных по жаропрочности металла печных змеевиков

10 На основе результатов проведенных исследований разработаны критерии, алгоритм и методика комплексной оценки жаропрочности стали 15Х5М по структурным параметрам Сделан вывод о том, что физический ресурс металла не исчерпан и срок эксплуатации печных змеевиков может быть продлен с 300-350 тысяч до 350-400 тысяч часов При этом среднегодовой экономический эффект на предприятиях отрасли (ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтеперерабагка», ОАО «Московский НПЗ», ЗАО «Рязанская НПК», ООО «ЛУКойл-Пермнефтеоргсшпез», ОАО «Саратовский НТО) в 2002-2008 гг за счет продления срока эксплуатации змеевиков составил 2 млн руб на одну печь (доля автора-15%)

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах;

1 Тришкина, И. А Микроструктуры хромомопибденовых сталей, используемых в нефтепереработке/ И. А Тришкина, Л Е Ватник, Ю П Трыков, Л М Гуревич//

Прочность неоднородных структур тезисы Ш Евразийской научно-практической конференции.-М, 2006- С 36

2 Тришкина, И. А. Прогнозирование жаропрочности змеевиков печей нефтспе-.рерабагываощих установок/ И. А. Тришкина, Л Е Ватник, Ю П Трыков, Л М Гу-ревич// Прочность неоднородных структур тезисы Ш Евразийской научно-практической конференции -М.,2006 -С 35

3 Ватник, Л Е Эволюция структурно-механических состояний стали 15Х5М в процессе эксплуатации печных змеевиков' Л Е Ватник, И. А Тришкина, Ю П. Трыков, Л М. Гуревич// Известия Волгоградского государственного технического университета межвуз сб науч ст №3/ (29) / Сер Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении - Выл 1 -ВолгГТУ.-2007 -С 56-60

4 Ватник, Л Е Неразрушающий контроль жаропрочности и методика ускоренного прогнозирования длительной прочности стали 15Х5М/ Л Е Ватник, И. А. Тришкина, Ю К Трыков, Л М Гуревич //Деформация и разрушении материалов - 2007 -№9 -С 42-45

5 Ватник, Л Е Микрострукгурная экспресс-оценка прочности сати 15Х5М труб нефтеперерабатывающих установок' Л Е Ватник, И А. Тришкина, Ю П. Трыков, Л М. Гуревич// Известия Волгоградского государственного технического университета межвуз сб науч ст №3 (29у/ Сер Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении -Вып 1 -ВолгГТУ -2007 -С 53-56

6 Ватник, Л Е Структура хромомодибденовых сталей змеевиков технологических печей нефтеперерабатывающих установок/ Д Е. Ватник, П А Тришкина, Ю 11 Трыков, Л.М.Гуревич//Ремонт,восстановление,модернизация -2007 -№5 -С 48-53

7 Тришкина, И. А. О восстановлении термической обработкой жаропрочности металла печных змеевиков после длительной эксплуатации/ И. А Тришкина, Л Е Ватник, Ю П Трыков, Л. М. Гуревич// Технология металлов -2008 -№2 -С 9-13

Личный вклад автора в представленных работах состоит в проведении и анализе результатов исследований структуры и механических свойств стали 15Х5М (15Х5М-У), выявлении закономерностей влияния структурных параметров на характеристики кратковременной, а также длительной прочности и пластичности, разработке классификации структурно-механических состояний, создании эталонных шкал микроструктур и идентификационных таблиц для оценки жаропрочности металла печных змеевиков при неразрушающем контроле микроструктуры и твердости [1], [6], в определении характера и динамики эволюционных изменений структурно-механических состояний [3], [7], в разработке методик экспресс-оценок кратковременной и длительной прочности [2], [4], [5]

Подписано в печать 23 09 2РРЯ г Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная Уел печ л У. О

Уч - изд л _Тираж 100 Заказ УД-5"

Волгоградский государственный технический университет 400131, Волгоград, пр Ленина, 28 Типография Волгоградского государственного технического университета 400131, Волгоград, ул Советская, 35

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ В НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ 12 ХРОМОМОЛИБДЕНОВЫХ СТАЛЕЙ

1.1. Технологическйе печи - составная часть нефтеперерабатывающих 12 установок, их назначение, устройство и эксплуатация

1.2. Теплоустойчивые стали как материал для изготовления труб 15 печных змеевиков

1.2.1. Влияние основных легирующих элементов на эксплуатационные 15 свойства теплоустойчивых сталей

1.2.2. Влияние термической обработки на структуру и свойства металла 17 печных змеевиков в состоянии поставки

1.2.3. Влияние структурных параметров металла на кратковременные 22 механические свойства, длительную прочность и пластичность

1.3. Изменение свойств металла печных змеевиков в процессе 28 длительной эксплуатации

1.4. Прогнозирование эксплуатационной надежности печных змее- 36 виков из хромомолибденовых сталей

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ 50 ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Исследуемый материал

2.2. Стандартные методики

2.2.1. Химический анализ

2.2.2. Механические испытания

2.2.3. Металлографические исследования

2.2.4. Рентгеноструктурный анализ

2.2.5. Электронномикроскопические исследования

2.3. Разработанные методики

2.3.1. Исследование стали 15Х5М (15Х5М-У) в состоянии поставки

2.3.2. Исследование структурно-механических состояний стали 15Х5М 72 после эксплуатации

2.3.2.1. Исследование влияния структурных характеристик на кратковременные механические свойства стали 15Х5М после эксплуатации

2.3.2.2. Исследование влияния структурных параметров на длительную прочность стали 15Х5М, применяемой при температуре 570°С

2.3.3. Исследование эволюции структурно-механических состояний металла труб печных змеевиков

2.3.3.1. Изменение структуры и кратковременных механических свойств 73 металла печных змеевиков после эксплуатации

2.3.3.2. Исследование влияния длительных изотермических экспозиций на 76 жаропрочность стали 15Х5М, применяемой при температуре 570°С

2.3.3.3. Исследование влияния предварительных деформаций ползучести на 78 структуру и свойства стали 15Х5М

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ СОСТОЯНИЙ И ФИ- В1 ЗИКО - МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТАЛИ 15Х5М, ЭКСПЛУАТИРУЕМОЙ В ПЕЧНЫХ ЗМЕЕВИКАХ СВЫШЕ 250 ТЫСЯЧ ЧАСОВ

3.1. Исследование металла труб печей, работающих при температурах 81 350-500°С

3.1.1. Классификация структурных состояний металла после эксплуа- 81 тации

3.1.2. Исследование взаимосвязи характеристик структуры с характе- 86 ристиками прочности и пластичности стали 15Х5М, работающей при температурах 350 - 500°С

3.1.3. Исследование взаимосвязи структурно-механических характери- 101 стик стали 15Х5М-У, работающей при 350 - 500°С

3.2. Исследование металла труб печей, работающих при температуре 111 570°С

3.2.1. Структурные состояния металла, применяемого при 570 °С

3.2.2. Исследование структуры, кратковременной прочности и пла- ИЗ стичности стали 15Х5М, применяемой при 570°С

3.2.3. Исследование влияния структурных характеристик на кратковре- 120 менные механические свойства 15Х5М-У, работающей при 570°С

3.2.4. Исследование влияния структурных параметров на длительную 124 прочность металла печных змеевиков

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СО

СТОЯНИЙ МЕТАЛЛА В ПРОЦЕССЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЕЧНЫХ ЗМЕЕВИКОВ

4Л. Изменение структуры и механических свойств стали 15Х5М, рабо- 131 тающей при температурах до 500°С

4.2. Влияние профилактических паровыжигов кокса на свойства ста- 137 ли 15Х5М (15Х5М-У)

4.3. Изменение структуры и кратковременных механических свойств 141 металла печных змеевиков в процессе эксплуатации при 570°С

4.4. Влияние изотермической экспозиции и предварительной деформа- 147 ции ползучести на жаропрочность стали 15Х5М, работающей при 570°С

4.5. Исследование эксплуатационной надежности металла труб печных 160 змеевиков

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 5. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЖАРО- 165 ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛА ПЕЧНЫХ ЗМЕЕВИКОВ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ УСТАНОВОК

5.1. Оценка жаропрочности металла печных змеевиков, работающих 165 при температурах до 500°С

5.2. Многоуровневый подход к оценке жаропрочности стали 15Х5М, 172 работающей при 570°С

5.2.1. Предварительная оценка длительной прочности по результатам 172 неразрушающего контроля микроструктуры и твердости

5.2.2. Методика оценки длительной прочности по физико-механическим 176 свойствам

5.2.3 Методика прогнозирования длительной прочности методом базо- 181 вых диаграмм

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Важнейшими технологическими процессами нефтепереработки являются предварительная гидроочистка бензинов от сернистых, азотистых, металлооргани-ческих соединений и каталитический риформинг. Перед поступлением в реакторы сырье нагревается в печных змеевиках, состоящих из бесшовных труб. При температурах стенки 350-580°С и давлениях до 5 МПа применяются трубы широкого диапазона типоразмеров из рационально легированной стали 15Х5М (15Х5М-У).

Работы ученых: Наумана Ф.К., Розе А., Шрадер А., Арчакова Ю.И., Седова В.М., Дьякова В.Г., Залесской Е.Б., Вольфсона С.И., Медведева Ю.С., Бочарова

A.Н., Королева Н.М., Ковпака В.И., Кривенюка В.В., Рабкиной М.Д., Мирочника

B.JL, Ламзина А.Г., Рубенчика Ю.И., Бережнова Ю.М., Гордеева Г.Л., Ватника Л.Е., Мухина В.Н., Тепловой Н.И., Земзина В.Н., Кириличева Н.В., Халимова А.Г., Габ-басоваД.Ф. посвящены исследованиям теплоустойчивости стали 15Х5М (15Х5М-У), коррозионной стойкости в рабочих средах, технологичности (свариваемости и деформируемости), возможности восстановления ее служебных свойств после пожара и проблемам прогнозирования длительной прочности.

В связи с тем, что наработка труб из стали 15Х5М во многих случаях уже превысила 300 - 350 тысяч часов при проектном сроке 100 тысяч часов, существует проблема оценки физического ресурса металла, которая базируется на определении реальных прочностных свойств при расчетных температурах и сравнении их с требованиями нормативно-технической документации. Существующие в настоящее время нормативно-технические документы по проведению прочностных расчетов основаны на результатах исследований металла печных змеевиков в состоянии поставки и со сроками эксплуатации, не превышающими 200 тысяч часов. Вместе с этим в литературных источниках отсутствует оценка прочностных характеристик стали 15Х5М при наработках свыше 250 тысяч часов.

Для обеспечения эксплуатационной надежности змеевиков, отработавших 300 и более тысяч часов, необходимо сокращение межинспекционных интервалов. В связи с этим обостряются проблемы: 1) вырезок металла, 2) длительных испытаний.

Вырезка металла для исследования сопряжена с трудностями последующего ремонта (сварки, термообработки, контроля швов, щцроиспытания), а максимальная продолжительность испытаний на длительную прочность, необходимая для продления срока эксплуатации на 50 тысяч часов, составляет 3,5 — 5 тысяч часов при общем времени испытаний образцов партии - 15-20 тысяч часов. Для оперативного принятия решений о замене оборудования в ремонтный период необходима экспрессная оценка прочностных свойств. Поэтому актуальной является разработка неразрушающих методов контроля и ускоренного прогнозирования жаропрочности с учетом качественно различных характеристик состояния металла.

Разработка комплексного метода прогнозирования жаропрочности и остаточного ресурса эксплуатации печных змеевиков нефтеперерабатывающих установок обеспечивает надежную эксплуатацию оборудования при сроках свыше 300 - 350 тысяч часов при увеличении объема постоянного мониторинга и его информативности. Этот метод предполагает многовариантность и различные уровни диагностирования, исключает затраты, связанные с необоснованными контрольными вырезками металла, и обеспечивает возможность оперативного принятия решения о замене элементов змеевиков.

В связи с этим целью настоящей работы является научно обоснованное продление срока эксплуатации печных змеевиков из стали 15Х5М на базе исследования эволюции структурно-механических состояний, оценки ресурса жаропрочности и развития методов прогнозирования эксплуатационной надежности.

Актуальность работы подтверждается выполнением ее в рамках мероприятий Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в области промышленной безопасности опасных производственных объектов; в соответствии с решениями Совета главных механиков предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности о совершенствовании существующих нормативно-технических документов и разработке критериев, повышающих безопасность эксплуатации оборудования при переводе технологических установок на увеличенный межремонтный пробег.

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 153 источника.

В первой главе рассмотрено назначение и устройство технологических печей нефтеперерабатывающих установок. Для обоснования выбора материала труб печных змеевиков показано влияние основных легирующих элементов и способа термической обработки на эксплуатационные свойства теплоустойчивых хромомо-либденовых сталей, среди которых наиболее востребована сталь 15Х5М, применяемая в отожженном состоянии и термоупрочненном (15Х5М-У), т.е. после нормализации с последующим высоким отпуском. Приведен обзор существующих методов прогнозирования жаропрочности, показывающий, что для оценки остаточного ресурса длительно работающего оборудования актуальными являются те, которые базируются на исследовании взаимосвязи структуры и жаропрочности. Применительно к металлу печных змеевиков установок предварительной щдро-очистки и каталитического риформинга бензинов эта взаимосвязь недостаточно изучена и неполно освещена в литературе. Отмечено, что в технических условиях на изготовление бесшовных труб из стали 15Х5М для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности не предусмотрен контроль микроструктуры после термической обработки, не разработаны и структурные критерии оценки жаропрочности металла печных змеевиков в процессе эксплуатации. В то же время накопленный ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудование» банк данных по результатам исследования печных змеевиков из стали 15Х5М открывает перспективу развития прогнозирования жаропрочности по структурным параметрам. В соответствии с поставленной целью в первой главе определены основные задачи исследований.

Во второй главе приведены стандартные и действующие в ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудование» методики проведения химического, фазового рентгено-структурного, карбидного, металлографического анализов, электронной микроскопии, измерения твердости и микротвердости, определения кратковременных механических свойств по результатам испытаний на растяжение, определения длительной прочности и характеристик ползучести при реализации программы исследований металла печных змеевиков из стали 15Х5М (15Х5М-У) в состоянии поставки и после эксплуатации. Рассмотрены разработанные экспериментальные методики, позволяющие оценить стабильность состояния металла печных змеевиков для обоснования возможности промышленного применения предлагаемых экспресс-методов прогнозирования по структурным параметрам.

В третьей главе приведены результаты исследования температурной зависимости характеристик прочности и пластичности стали 15Х5М и 15Х5М-У в состоянии поставки и после длительной эксплуатации в широком диапазоне рабочих температур. Предложена классификация структурных состояний стали 15Х5М и 15Х5М-У после длительной эксплуатации. Определены структурные особенностей металла печных змеевиков, обусловленные отличием термодеформационных режимов эксплуатации (отсутствие деформации ползучести при периодических кратковременных превышениях расчетной температуры стенки трубы и релаксационная ползучесть при стабильном температурном режиме). Рассмотрена взаимосвязь характеристик кратковременной и длительной прочности и пластичности с параметрами структуры стали 15Х5М после эксплуатации при различных температурах. Приведено ранжирование структур в соответствии с максимальным, средним и минимальным уровнем каждой из характеристик прочности и пластичности. Разработаны критерии экспресс-методов прогнозирования жаропрочности по структурным параметрам.

В четвертой главе по результатам периодических и послеаварийных исследований рассмотрена эволюция структуры, физико-механических свойств, длительной прочности и пластичности металла печных змеевиков в процессе эксплуатации в течение 70-375 тыс. ч при различных температурах. Приведены результаты моделирования влияния на структуру и свойства: 1) кратковременных термических воздействий при профилактических паровыжигах кокса; 2) длительных изотермических экспозиций при температуре ползучести; 3) предварительных деформаций ползучести, реализованных на различных стадиях ползучести. Дан анализ причин эксплуатационных повреждений печных змеевиков, определены структуры и фазовый состав, соответствующие недопустимым для дальнейшей эксплуатации характеристикам прочности и пластичности. Доказана необходимость и возможность экспресс-оценки жаропрочности по структурным параметрам.

В пятой главе показано, что физический ресурс металла печных змеевиков не исчерпан при достижении 300-350 тысяч и более часов наработки. Рассмотрены разработанные методики экспресс-оценки жаропрочности по результатам: 1) нераз-рушающего контроля микроструктуры и твердости с применением эталонных шкал для классификации микроструктур и таблиц, позволяющих оценить прочностные характеристики по типу или категории микроструктур; 2) фазового (рентгенострук-турного и химического) анализа; 3) ограниченных испытаний с применением метода базовых диаграмм. Представлен комплексный метод прогнозирования жаропрочности металла и остаточного ресурса эксплуатации печных змеевиков, его варианты и уровни, определяемые температурой эксплуатации, продолжительностью межремонтного периода, целями диагностирования. Рассмотрены примеры оценки состояния металла печных змеевиков при диагностировании оборудования.

В заключении приведены выводы, отражающие основные результаты работы.

Научная новизна работы заключается в раскрытии особенностей структурно-механических состояний стали 15Х5М, характера и кинетики их эволюционных изменений, определяемых спецификой различных термодеформационных режимов эксплуатации печных змеевиков.

1. Установлено, что в стали 15Х5М, эксплуатируемой при 350-495°С до 300350 тысяч часов фазовый состав и жаропрочность металла изменяются незначительно из-за малой скорости диффузионных процессов, а возможные изменения морфологии и распределения карбидных частиц, размеров и формы зерен феррита обусловлены, в основном, кратковременными превышениями проектных температур стенок труб.

2. Показано, что деградация структуры и свойств стали 15Х5М при перегревах выше эксплуатационных температур идет по двум направлениям: а) снижение прочности в результате коагуляции карбидной фазы; б) снижение характеристик пластичности при появлении в микроструктуре бейнитной составляющей или грубых карбидных выделений по границам зерен; для таких состояний характерно значитальное отклонение относительного содержания Мо, и особенно Сг, в карбидах от оптимальных значений, которые при 470°С составляют: от 11 до 21% Сг, от 5 до 26 % Мо.

3. Показано, что в процессе длительной эксплуатации стали 15Х5М в условиях стабильного температурного режима при 570°С снижение фазового наклепа, переход Сг и Мо из твердого раствора в карбидную фазу, выделение мелкодисперсных стабильных карбидов по границам и телу зерен при малой скорости коагуляции не сопровождаются изменением размеров зерен и увеличением склонности к зерно-граничной пороповреждаемости, в результате чего не снижается минимальный уровень пределов длительной прочности и длительная пластичность при наработках змеевиков до 300-350 тысяч часов.

4. Раскрыт механизм замедления разупрочнения при релаксационной ползучести на границах зерен и в приграничных объемах (снятие пиковых напряжений, залечивание микропор докритического размера) под длительным воздействием на металл труб напряжений от внутреннего (рабочего) давления при 570°С, которые всегда ниже порога равномерной ползучести.

Результаты исследований позволили продлить срок эксплуатации печных змеевиков с 300-350 до 350-400 тысяч часов при росте информативности и эффективности диагностирования. Разработана «Методика оценки состояния металла печных змеевиков установок предварительной гидроочистки бензинов и каталитического риформинга», устанавливающая объем и последовательность проведения работ по оценке жаропрочности металла и остаточного ресурса змеевиков печей; создан атлас «Структурно-механические состояния стали 15Х5М, применяемой в печных змеевиках установок предварительной гидроочистки и каталитического риформинга нефтеперерабатывающих предприятий», который используется при экспертизе промышленной безопасности оборудования (Приложение 2).

Среднегодовой экономический эффект от продления сроков эксплуатации печных змеевиков в 2003-2008 г. на предприятиях отрасли (ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», ОАО «Московский НПЗ», ЗАО «Рязанская НПК»,

ООО «ЛУКойл-Пермнефтеоргсинтез», ОАО «Саратовский НПЗ») составил 2 млн. руб. (на одну печь), в т. ч. 15 % - доля автора.

Работа выполнена в ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудование» и в Волгоградском государственном техническом университете.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Ш Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» (Москва, 2006 г.), ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного технического университета (Волгоград, 2003 - 2008 г.г.).

Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в семи печатных работах, в т. ч. четыре работы - в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Выражаю особую благодарность научному руководителю — Заслуженному деятелю науки РФ, д.т.и., профессору ВолгГТУ Ю.П. Трыкоеу; зав. лаб.21 ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудование», к.т.н. JI.E. Ватнику; доценту ВолгГТУ, к.т.н. JJ.M. Гуревичу за консультации и большую помощь, оказанную в процессе выполнения работы.

Выражаю признательность генеральному директору ОАО «ВНИКТИнефте-химоборудование», к.ф-м.н. B.C. Едигарову; членам Ученого совета ОАО «ВНИК-ТИнефтехимоборудование»: к.т.и. А.Е. Фолиянцу; к.т.н. Н.В. Мартынову; к.т.н. В.Н. Мухину; Р.А. Мельниковой за внимание, поддержку и консультации при выполнении работы.

Автор благодарит также всех сотрудников ОАО «ВНИКГИнефтехимоборудование», принимавших непосредственное участие в проведении исследований.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5

1. Сравнение допускаемых напряжений, определенных по минимальным экспериментальным значениям пределов текучести стали 15Х5М после длительной эксплуатации при температурах до 500°С, с допускаемыми напряжениями на проектный срок 100 тысяч часов по РТМ 26-02-67-84 показывает, что физический ресурс металла печных змеевиков не исчерпан при достижении 300 и более тысяч часов наработки. При этом фактические прочностные свойства зависят не столько от срока эксплуатации, сколько от типа микроструктуры. Зависимость прочностных свойств стали 15Х5М от типа микроструктуры позволяет осуществлять предварительную оценку жаропрочности при неразрушающем контроле микроструктуры и твердости без вырезки металла.

2. Эксплуатация металла печных змеевиков из стали 15Х5М при 570°С и внутреннем давлении до 5 МПа (на I стадии ползучести в условиях релаксационной ползучести) позволяет прогнозировать ресурс работоспособности металла печных змеевиков до 350-400 тысяч часов. При этом с увеличением сроков эксплуатации печных змеевиков возрастает актуальность комплексной многоуровневой оценки длительной прочности и сокращения межинспекционных интервалов. На первом уровне оцениваются прочностные характеристики по результатам неразрушающего контроля микроструктуры и твердости, деформации ползучести, а также толщинометрии; на втором уровне исследуются физико-механические свойства (химический состав, характеристики кратковременной прочности и пластичности, фазовый состав и микроструктура), по которым оценивается длительная прочность; на третьем уровне определяются пределы длительной прочности по результатам стандартных испытаний.

3. Для проведения неразрушающего контроля микроструктуры предложена специальная методика металлографического исследования, предполагающая травление металла одного контрольного участка различными реактивами (с целью выявления: 1 - морфологии и распределения карбидной фазы, 2 -границ зерен), а затем сравнение выявленной структуры с эталонами. Представлены эталоны микроструктур и созданы идентификационные таблицы, позволяющие определять типы, категории микроструктуры и соответствующие им прочностные свойства.

4. Для оценки уровня длительной прочности металла контрольной вырезки по физико-механическим свойствам предложены таблицы и графики зависимости предела длительной прочности от химического, фазового состава структурных параметров, предела прочности и типоразмеров труб.

5. Экспериментально подтверждена возможность экспресс-оценки длительной прочности стали 15Х5М по методу базовых диаграмм, разработана методика ускоренного прогнозирования, получены показатели отклонения участков экспериментальных диаграмм от базовых при 570°С для применения МБД.

6. Комплексный многоуровневый метод диагностирования состояния металла печных змеевиков и прогнозирования ресурса его работоспособности изложен в разработанной «Методике оценки состояния металла печных змеевиков установок предварительной гидроочистки бензинов и каталитического риформинга», устанавливающей объем и последовательность проведения работ по контролю жаропрочности металла змеевиков печей. Эта методика принята и применена при диагностировании состояния оборудования ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», ОАО «Московский НПЗ», ЗАО «Рязанская НПК», ООО «ЛУКойл-Пермнефтеоргсинтез», ОАО «Саратовский НПЗ в 2002-2008 гг. Среднегодовой экономический эффект от продления сроков эксплуатации змеевиков составил 2 млн. рублей, в т. ч. 15% -доля автора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Показано, что для повышения надежности и долговечности печных змеевиков из стали 15Х5М при сроках эксплуатации свыше 300-350 тысяч часов необходима оценка физического ресурса металла и актуальна разработка комплексного метода прогнозирования жаропрочности по структурным параметрам, отличающегося высокой информативностью и оперативностью.

2. На основе исследования металла печных змеевиков в широком диапазоне рабочих температур разработана классификация микроструктур стали 15Х5М (15Х5М-У), учитывающая выявляемые при неразрушающем металлографическом контроле взаимную ориентацию фаз, форму и размеры феррит-ных зерен, величину зерна первичного аустенита.

3. Установлено, что минимальное сопротивление начальным пластическим деформациям (сг 0,21) стали 15Х5М при температурах 350-495°С обусловлено наличием в структуре значительных областей феррита, где карбиды отсутствуют, или имеют неоптимальные размеры (точечные карбиды диаметром 0,1-0,2 мкм, расположенные на расстояниях друг от друга, сопоставимых с размерами самих карбидов); минимальное сопротивление деформации ползугпл чести при 570 °С (а 50ооо ) характерно для мелкозернистых структур, а также крупнозернистых с преобладанием феррита и высокой степенью коагуляции и сфероидизации карбидов в колониях при твердости около 120 НВ, или крупнозернистых с очень плотным распределением мелкодисперсной карбидной фазы при твердости более 200 НВ.

4. В результате исследования фазового состава металла определены интервалы относительного содержания Сг и Мо, соответствующие удовлетворительным характеристикам кратковременной прочности и пластичности; для

20 экспресс-оценки длительной прочности стали 15Х5М с сгв < 600 МПа пред

СПЛ ложены эмпирические зависимости 050000 от содержания Сг, Fe и Мо в карбидах.

5. Установлено, что в стали 15Х5М, эксплуатируемой при температурах ниже 500°С при наработках до 300-350 тысяч часов, тип карбидов, их химический состав и жаропрочность металла изменяются незначительно из-за малой скорости диффузионных процессов, а возможные изменения морфологии и распределения карбидных частиц, размеров и формы зерен феррита обусловлены, в основном, кратковременными превышениями проектных температур стенок труб.

6. По результатам послеаварийных исследований определены основные направления деградации структуры и свойств стали 15Х5М при перегревах выше эксплуатационных температур: а) снижение прочности в результате коагуляции карбидной фазы, б) снижение характеристик пластичности при появлении в микроструктуре бейнитной составляющей или грубых карбидных выделений по границам зерен; для таких состояний характерно значительное отклонение относительного содержания Мо, и особенно Сг, в карбидах от оптимальных значений.

7. Установлено, что в процессе длительной эксплуатации стали 15Х5М в условиях стабильного температурного режима при 570°С снижение фазового наклепа, переход Сг и Мо из твердого раствора в карбидную фазу, выделение мелкодисперсных стабильных карбидов по границам и телу зерен при малой скорости коагуляции не сопровождаются изменением размеров зерен и увеличением склонности к зернограничной пороповреждаемости, в результате чего не снижается минимальный уровень пределов длительной прочности и длительная пластичность при наработках змеевиков до 300-350 тысяч часов.

8. Предложен механизм замедления разупрочнения при релаксационной ползучести на границах зерен и в приграничных объемах (снятие пиковых напряжений, залечивание микропор докритического размера) под длительным воздействием на металл труб напряжений от внутреннего (рабочего) давления при 570°С, которые всегда ниже порога равномерной ползучести.

9. Для стали 15Х5М с наработкой, превышающей 300-350 тысяч часов при 570°С, экспериментально подтверждена возможность и разработана методика ускоренного прогнозирования длительной прочности по методу базовых диаграмм; рассчитаны усредненные коэффициенты отклонения участков экспериментальных диаграмм от базовых с применением сформированного банка данных по жаропрочности металла печных змеевиков.

10. На основе результатов проведенных исследований разработаны критерии, алгоритм и методика комплексной оценки жаропрочности стали 15Х5М по структурным параметрам. Сделан вывод о том, что физический ресурс металла не исчерпан и срок эксплуатации печных змеевиков может быть продлен с 300-350 тысяч до 350-400 тысяч часов. При этом среднегодовой экономический эффект на предприятиях отрасли (ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», ОАО «Московский НПЗ», ЗАО «Рязанская НПК», ООО «ЛУКойл-Пермнефтеоргсинтез», ОАО «Саратовский НПЗ) в 2002-2008 гг. за счет продления срока эксплуатации змеевиков составил 2 млн. руб. на одну печь (доля автора - 15 %).

1. Суханов, В. П. Каталитические процессы в нефтепереработке/B1. Суханов. - М: Химия, 1973. -412 с.

2. Ентус, Н. Р. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности/

3. Н. Р. Ентус, В. В. Марихин. М.: Химия, 1987. - 303 с.

4. Скобло, А. И Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности/ А. И Скобло, И А Трегубова, Ю. К Молоканов. М: Химия, 1982. - 583 с.

5. Гуляев, В. А Промышленные установки каталитического риформинга/ В. А Гуляев, Г. А

6. Ласговкин, Е. М Ратнер, Е. И. Тарабрина JL: Химия, 1984.- 232 с.

7. Ентус, Н. Р. Техническое обслуживание и модернизация трубчатых печей/ Н Р. Ентус. М:

8. Машиностроение, 1968. -196 с.

9. Дьяков, В. Г. Легированные стали для нефтехимического оборудования/ В. Г. Дьяков, Ю. С.

10. Медведев, 3. А Абрамова, А Н. Бочаров, В. Н. Пупелис. М.: Машиностроение, 1971. - 200 с.

11. Кспрелл, А X. Строение металлов и сплавов/ А X Когрелл М: Металлургиздат, 1959. - 288 с.

12. Гарофало, Ф. Законы ползучести и длительной прочности металлов/ Ф. Гарофало. М.: Металлургия, 1968. 304 с.

13. Одинг, И. А., Теория ползучести и длительной прочности металлов И А Одинг, В. С. Иванова,

14. В. В. Бурдукский, В. Н. Геминов. М: Металлургиздат, 1959. - 488 с.

15. Ланская, К. А Высокохромистые жаропрочные стали/ К А Ланская. М: Металлургия, 1976. -216 с.

16. Розенберг, В. М Основы жаропрочности металлических материалов/ В. М. Розенберг. М.: Металлургия, 1973.-325 с.

17. Ланская, К А Механизмы упрочнения и основы легирования Cr-Mo-V сталей/ К А Ланская// Материалы конференции «Деформация и разрушение теплостойких сталей и сплавов»/ МДНТИим. Ф.Э. Дзержинского М: 1981.-С.З-7.

18. Ланская, К А Зависимость надежности эксплуатации Сг-Мо и Cr-Mo-V сталей от механизма их упрочнения/К А Ланская, В. В. Швец//Теплоэнергегика-1978. -№10. С. 5-9.

19. Шрон, Р. 3. К вопросу о разупрочнении стали 12Х1МФ при длительном нагружении в условиях ползучесш/Р. 3. Шрон, И И Минц//МиТОМ 2005. - №4. - С. 3942.

20. Гудремон, Э. Специальные сшли / Э. Гудремон. М: Металлургия, 1966.-Т. 1.-736с.

21. Гольдштейн, М И. Специальные стали/ М И. Гольдштейн, С. В. Грачев, Ю. Г. Векслер. М.: МИСИС, 1999.-408 с.

22. Металлография железа/ под. ред. Ф. Н. Тавадзе.-М: Металлургия, 1972- Т.3.-284с.

23. М, Эшби. Конструкционные материалы/ М. Эшби, Д Джонс. М: Интеллект, 2008. - 300 с.

24. Кларк, К К Жаропрочные сплавы/ К. К Кларк. М: Металлургиздат, 1957. - 340 с.

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

26. Михайлов-Михеев, И. В. Тепловая хрупкость стали/ И. В. Михайлов-Михеев. М.: Машгиз, 1956.-203 с.

27. Антикайн, П А Металлы и расчет на прочность кошов и трубопроводов/ П А Антикайн. М.: Энергосервис, 2001. - 440 с.

28. Рабинович, Э. И. Основы эксплуатационной надежности хромомолибденовых сталей при действии высоких температур и сред, характерных для нефтеперерабатывающего производства: авгореф. дисс. канд. техн. наук/ Э. И. Рабинович. Волгоград, Киев, 1992. -25 с.

29. Попова, JL E. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана/ JL Е. Попова, А А Попов. М: Металлургия, 1991. - 503 с.

30. Марочник сталей и сплавов/ под ред. В. Г. Сорокина М.: Машиностроение, 1989. - 639 с.

31. Марочник сталей и сплавов. М.: ЦНИИТмаш, 1971. 481 с.

32. Журавлев, В. Н. Машиностроительные стали/В. Н. Журавлев, О. П Николаева М: Машиностроение, 1981. - 391 с.

33. Исследование ресурса жаропрочности хромомалибденовых сталей печных змеевиков нефтеперерабатывающих установок: отчет о НИР/ВНИКТИнефтехимоборудование. Волгоград 1983.-336с.- №ГР 81046569.-Инв.№0284.0025425.

34. Металловедение и термическая обработка стали: справ, изд. в ЗтУ под ред. М JI Бернштейна, А. Г. Рахшщща- М.: Металлургия, 1983 г. Т. 1. - 352 с.

35. Кногг, Дж. Микромеханизмы разрушения и трещиностойкостъ конструкционных сплавов/ Дж. Кнотг.-М.: Мир, 1979. 81 с.

36. Поуп, Д. П Охрупчивание сплавов железа/ Д П Поуп// В кн. «Охрупчивание конструкционных сталей и сплавов»/ под ред. К. Л. Брайента, С. К Бенфджи. М.: Металлургия, 1988. - С. 123-150.

37. Гуляев, А. П. Металловедение/ А П. Гуляев.-М.: Металлургия, 1986. 541 с.

38. Гольдштейн, M. И Металлофизика высокопрочных сплаюв/ М. И. Гольдштейн, В. С. Литвинов, Б. М. Бронфин. М.: Металлургия, 1986. - 312 с.

39. Бернштейн, М. Л. Механические свойства металлов/ М. Л Бернштейн, В. А Займовский. М.: Металлургия, 1979. -490 с.

40. Пуарье, Ж. ГХ Высокотемпературная пластичность кристаллических тел/ Ж П. Пуарье. М.: Металлургия, 1982.-271 с.

41. Тайра, С. Теория высокотемпературной прочности материалов/ С. Тайра, Р. Огани. М.: Металлургия, 1986. - 279 с.

42. Пегреня, Ю. К Карты механизмов микроразрушения и долговременная прочность теплоустойчивых сталей/ Ю. К Пегреня// Труды ЩТИ. -1986. вып. 230. - С. 93-99.

43. Barret C.R, Lytton IL. -1967. Trans, AIME. - v. 239. - P. 170.

44. Stone P. G. and Murrey J. D.-1965. JISI203. -P. 1094-1107.

45. Cane В. I. -1976. Mer. Sci. 10. - P. 29-34.

46. Крутасова, E. И. Надежность металла энер!Шического оборудования/ Е. И Крутасова. М.: Энершивдат, 1981. - 240 с.

47. Бернштейн, М. Л. Термомеханическая обработка металлов и сплавов/ М. Л. Бернштейн- М.: Металлургия, 1968. -1171 с.

48. Крякин, И. P. Структура и свойства стали для элементов энергооборудования/ И. Р. Крякин, Л. П. Трусов, 3. Н. Петропавловская// В сборнике «Структура и свойства жаропрочных металлических материалов.-М.: Наука, 1973.

49. Steck,E. Plasticity of metals: experiments, models, computation. Collaborative research Centre/ E. Steck, R. Ritter, U. Peil. Wiley-VCH, Verlag GmbH, 1999. - 398 S.

50. Lung, С. W. Mechanical properties of metals: atomistic and fractal continuum approaches/ C. W. Lung, N. К March. World Scientific, 1999.-416 p.

51. Ganser, Hans-Peter. Large strain behavior of two-phase materials/ Hans-Peter Ganser. Dusseldorf: VDI-VerL, 1998.-73 S.

52. Das, А. К Metallurgy offailune analysis/ A K. Das New York: McGraw-Hill. -1997. - 354 p.

53. Martin, J. W. Stability of microstructure in metallic systems/ J. W. Martin, R. D. Doherty, B. Cantor. -Cambridge Univ. Pr., 1997.-426p.

54. Wagoner, Robert H Fundamentals of metal forming / Robert H Wagoner, Jean-Loup Chenot New York: Wiley, 1997. - 398 p.

55. Erscheinung^formen von Rissen und Brnchen metallischer Werkstoffe. -Dusseldorf: Verl. Stahleisen. -1996.-176 S.

56. Stouffer, Donald C. Inelastic deformation of metals: models, mechanical properties, and metallurgy/ Donald C. Stouffer and L. ThomasDame. -New York: Wiley, 1996.-502 p.

57. Festigkeitund Verfoimung bei hoher Temperatur/Vortragstexte eines Symposiums derDeutschen Gesellschaft fiir Metallkunde e.V., 1989//nrsg. vonK. Schneider/ Deutsche Gesellschaft fur Metallkunde, DGM-Tnformationsges., Verl., 198?. 294 S.

58. Cadek, Josef Creep in metallic materials/ J. Cadek. Amsterdam: Elsevier, 1988.-372 S.

59. Danzer, Robert I^bensdauerprognose hochfester metallischer ^Werkstoffe imBereich hoher Tempera-turen/R. DanzerVerfasser. Berlin; Stuttgart Bomtraeger, 1988.- 340 S.

60. Gotistein, G. Physikalische Grundlagen der Materialkunde/ G. Gottstein. Berlin: Springer, 2001. - 472 S.

61. Лашко, M Ф. Фазовый анализ и структура сталей/ М Ф. Лашко, Н. И Еремин. М: Машгиз, 1957.-228 с.

62. Теплова, Н И Повышение надежности и долговечности печных змеевиков установок нефтяного оборудования на основе анализа структуры и физико-механических свойств стали 15Х5М:авгореф.диссканд.техн.наук/Н.И Теплова-Волгоград,2000.—23 с.

63. Рабкина, М Д Оценка состояния материала змеевиков печей каталитического риформирова-ния углеводородов после их длительной эксплуатации/ М Д. Рабкина, Л. И Маркашова // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 2002. - №1. - с. 40-46.

64. Пигрова, Г. Д. Карбидные превращения в Сг-Мо-сгалях в процессе длительного старения и эксплуатации/Г.Д. Пигрова, В. М Седов, Ю. И. Арчаков//МиТОМ- 1997.-№9-с.9-13.

65. Куманин, В. И. Долговечность металла в условиях ползучести/ В. И. Куманин, Л. А Ковалева, С. В. Алексеев. М: Металлургия, 1988. - 222 с.

66. Лепин, Г. Ф. Ползучесть металлов и критерии жаропрочности/ Г. Ф. Лепин. М.: Металлургия, 1976.-344 с.

67. Смирнов, А Н. Субструктура, границы зерен и микротрещины в длительно работающем металле/ А Н Смирнов, Э. В. Козлов, Н А Конева, Н А Попова// МиТОМ 2005. - №4 - с. 34-38.

68. Baird, I. D. The Inhomogeneity ofPlastic Deformation/1. D. Baiid ASM - 1972.-p. 191.

69. Куманин, В. И Пути повышения долговечности металла длительно работающего теплоэнергетического оборудования/В. И. Куманин// Теплоэнергетика. 1984. - № 10, с. 6 -10.

70. Гофман, Ю. М. Оценка степени повреждаемости металла, работающего при повышенных температурах под напряжением/ Ю. М Гофман, Л. Я Лосев// МиТОМ. -1985. -№10. с. 60.

71. OCT 34-70-690-96. Металл паросилового оборудования электростанций. Методы металлографического анализа в условиях теплоэнергетики, М, 1997.- 44 с.

72. Ватник, Л. Е. Длительная прочность стали 15Х5М после длительной эксплуатации в трубчатых печах нефтеперерабатывающих установок/ JIЕ. Ватник, В. Н. Мухин, Н. И Теплова, О. А Никулина// Проблемы прочности. -1983 № 5. - с. 76-78.

73. Мухин, В. Н Экспграполяционная оценка предела длительной прочности стали 15Х5М на срок до 200 тысяч часов/В. Н Мухин, Я Е. Ватник// Цроблемы прочности. 1985. №5. - с. 109-112.

74. Саго, А Влияние напряжений на фазовый переход и сегрегацию. М: ЦООНТИ/ ВНО. -перевод № 315/1480 с яп. яз. статьи из журнала. - 1984. - 37 сУ А Саго, М Ката Сохэнтай -Сэкисюцу ни себасу Ореку но айке// Тэцу То Хаганэ. - т. 1.-1983.-№ 14,Р. 1531-1539,.

75. Кривенюк, В. В. Прогнозирование длительной прочности тугоплавких металлов и сплавов/ В. В. Кривенюк, Киев: Наукова думка, 1990. - 283 с.

76. Сазонова, Н Д Испытание жаропрочных материалов на ползучесть и длительную прочность/ Н Д Сазонова. М.: Машиностроение, 1965. - 253 с.

77. Трощенко, В. Т. Сопротивление материалов деформированию и разрушению:справочное пособие, ч. 21 В. Т. Трощенко, А Я. Красовский, В. В. Покровский, В. В. Сосновский, В. А Стрижало. —Киев: Наукова думка, 1994. 654 с.

78. Адамович, В. К Сопоставление методов экстраполяции длительной прочности/ В. К Адамович, А. В. Станюкович, Я. Ф. Фридман, М Б. Ревзюк// Проблемы прочности. -1975. №3 с. 26 -29.

79. Угорский, А Э. О параметрических методах темперагурно-временной экстраполяции предела длительной прочности/А Э. Угорский//Проблемы прочности.-1986. № 1. - с. 4043.

80. Ковпак, В. И. О сопоставимости характеристик длительной прочности, определяемых при экстраполировании методом обобщенных диаграмм/ В. И Ковпак// Проблемы прочности. -Киев, 1975.-№2- с. 34-38.

81. Работнов, Ю. Н Ползучесть элементов конслрукций/Ю. Н Рабогнов. М.: Наука, 1996.-752 с.

82. Болотин, В. В. Прогнозирование машин и конструкций/ В. В. Болотин. М: Машиностроение. -1984.-312 с.

83. Качалов, А М Теория ползучести/ А М Качалов. М: Физматгаз, 1960. - с. 453.

84. Чижшс, А А О кинетических уравнениях повреждаемости при межзеренном разрушении/ А А Чижик, Ю. К Петреня// Сборник научных трудов ЦКТИ, 1978. вып. 169. - с. 42-44.

85. Чижик, А А О кинетических уравнениях повреждаемости при оценке ресурса и надежности материалов в условиях ползучести/ А А Чижик, Ю. К Петреня// Сборник научных трудов ЦКТИ, 1982. вып. 194. - с. 27-37.

86. Радченко, В. П Феноменологическая модель и критерий разрушения металлов при одноосном напряженном состоянии/В. П. Радченко//Проблемы прочности. -1991. №11. - с.13-19.

87. Должанский, П Р. Контроль надежности металла объектов котлонадзора: справочное пособие/ Г1 Р. Должанский. М: Недра. -1985. - 263 с.

88. Инструкция о порядке обследования и продления срока службы паропроводов сверх паркового ресурса/ Методические материалы семинара по изучению нормативных документов РАО «ЕЭС». -М, 2004 ч. 2,63 с.

89. Работнов, Ю. Н Кратковременная ползучесть/ Ю. Н Работнов, С. Т. Михайлов. М.: Наука, 1970.-222 с.

90. Методика по карбидному анализу сталей. Волгоград, ВНИКТИнефтехимоборудование, 1987.-20 с.

91. Миркин, И Л. Микрокартина длительного разрушения сплавов различного класса/ И Л. Миркин, JL П. Трусов, Р. П. Залегова и дрЛ В кн. Физические и химические основы жаропрочности металлических материалов. Горький: издательство АН СССР. -1971. - с. 17-23.

92. Металлографический контроль металла нефтеперерабатывающего оборудования: методическое руководство. Волгоград, ВНИКТИнефтехимоборудование. —1989. -167 с.

93. Методическая инструкция рентгеновского фазового анализа. Волгоград, ВНИКТИнефтехимоборудование. — 1980. - 22 с.

94. Горелик, С. С. Рентгенографический и электронографический анализ металлов/ С. С. Горелик, Л Н. Расторгуев, Ю. А Скаков. М: государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии. -1963. - 92 с.

95. Методика электронномикроскопического исследования структуры стали 15Х5М. Волгоград, ВНИКТИнефтехимоборудование. -1980. -14 с.

96. ИТН-93. Инструкция по техническому надзору, методам ревизии, отбраковке трубчатых печей, резервуаров, сосудов и аппаратов нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Волгоград ВНИКТИнефтехимоборудование. -1993. - 61 с.

97. Технические указания-регламент по эксплуатации и обслуживанию оборудования установок каталитического риформинга и щдроочистки, работающих в водорододержагцих средах при повышенных температурах и давлениях. Санкт-Петербург, -1998. - 50 с.

98. Методика оценки остаточного ресурса трубчатых печей нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств. —Волгоград,—ВНИКТИнефтехимоборудование. -1998. -33 с.

99. Ватник, Л Е. Неразрушающий контроль жаропрочности и методика ускоренного прогнозирования д лительной прочности стали 15Х5М/ Л Е. Ватник, И А Тришкина, Ю. П Трыков, Л. М Гуревич //Деформация и разрушении материалов 2007. - №9. - С. 42 - 45.

100. РТМ 26-02-67-84. Методика расчета на прочность элементов печей, работающих под давлением. М., ВНИИнефгемаш-1983. -17 с.

101. Патент РФ № 5026224. Способ диагностики повреждений металла/ Л Е. Ватник, Э. И Рабинович.- 1992.

102. РД РТМ 38.14.006-86. Методика определения сроков эксплуатации змеевиков печей установок каталитического риформинга, отработавших проектный ресурс. Волгоград, 1986. -38 с.

103. Key, A S. Dislokation Dynamics/ A S. Key, Y. Nakoda and W. S. Laslie// Mc Crow Hill. New York, 1967.-p. 381.

104. Baird, I. D. Metalls/I. D. BaM/Maber. -1971. vol 5. - p. 1.

105. Бабич, В. К. Деформационное старение стали/ В. К Бабич, Ю. П Гуль, И Е. Долженков М.: Мегаллургш, 1972. - 320 с.

106. Фридман, Я. Б. Механические свойства металлов: в 2-х частях/ Я. Б. Фридман. М.: Машиностроение, 1974.

107. Новиков, И. И Теория термической обработки металлов/ И И. Новиков. М: Металлургия, 1986.-480 с.

108. Золоторевский, В. С. Механические свойства металлов/ В. С. Золоторевский, М: МИСИС. — 1998.-400 с.

109. Елантер,МЕ. Теория термической обработки/M Е. Блантер. -М: Металлургия, 1984.-328 с.

110. Отчет о НИР. Разработка способа оценки остаточной долговечности сталей 15Х5М, 12Х2М1, Х18Н10Т после сроков службы 100 тысяч часов и более. Киев, Институт проблем прочности АНУкраины, 1991. - 69 е., per. №2552-1991.

111. Трефилов, В. И Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических металлов/

112. B. К Трефилов, В. Ф. Моисеев, Э. П. Печковский. и др. // АНУСССР. Институт проблем материаловедения.-Киев: Наукова думка.—1989. -256 с.

113. Огчет о НИР. Исследование изменений жаропрочности, обусловленных взаимным влиянием ползучести и водородсодержащей среды. Волгоград, ВНИКТИ нефтсхимоборудование, 2000 г. per. №2671-2000

114. Тришкина, И. А Микроструктуры хромомолибденовых сталей, используемых в нефтепереработке/ И А Тришкина, Л. Е. Ватник, Ю. П. Трыков, Л М. Гуревич// Прочность неоднородных структур: тезисы Ш Евразийской научно-практической конференции. М, 2006- С. 36.

115. Ватник, JL Е. Структура хромомолибденовых сталей змеевиков технологических печей нефтеперерабатывающих установок/ Л Е. Ватник, PL А. Тришкина, Ю. П. Трыков, Л М. Гуревич// Ремонт, восстановление, модернизация.-2007. -№5. С. 48-53.

116. Смирнова, А В. Электронная микроскопия и металловедение: справ, издание/ А В. Смирнова, Г. А Кокорин, С. М. Полонская и др. -М: Металлургия, 1985. -192 с.

117. Тришкина, И АО восстановлении термической обработкой жаропрочности металла печных змеевиков после длительной эксплуатации/ PL А Тришкина, Л Е. Ватник, Ю. П. Трьжов, Л. М. Гуревич// Технология металлов. 2008. - № 2. - С. 9 -13.

118. Борздыка, А М Релаксация в металлах и сплавах/ А М Борздыка, Л. Б. Гецов. М: Металлургия, 1976. - 495 с.

119. Мелихов, И. В. Физико-химическая эволюция твердого вещества/И. В. Мелихов. М.: Бином. Лаборатория знаний. - 2006. - 309 с.

120. Елпанова, Н В. Влияние структуры на кинетику разрушения стали 12Х1МФ при ползучести/ Н В. Елпанова, Т. Г. Березина// МиТОМ. -1989. №7. - С. 36-39.

121. Миллер, К Ползучесть и разрушение/К Миллер. М.: Металлургия, 1986. -119 с.

122. Трусов, Л. П. Перлитные стали в тепловой энергетике/ Л П Трусов, И. Р. Крянин// Теплоэнергетика. -1978. №10. - с. 2-5.

123. Robin Gnegori, J. Effective properties of creeping solids undergoing grain boundary sliding/ J. Robin Gregori, W. Dib Michel // Adv. Fract Res.: Proc. 7lh Int Conf Fract (ICFJ). Houston, Tex., March, 1989, Vol. 2. Oxford, 1989.-C. 1835-1842.

124. Березина, Т. Г. Структурный метод определения остаточного ресурса деталей длительно работающих паропроводов/ Т. Г. Березина// Теплоэнергетика. № 3. -1986. - с. 53-56.

125. Ac. 1476342 А1 СССР, G 01 N 1/32, МКИ 01 №1/32. Способ кошроля микроструктуры металла с помощью оптических средств/ Я Е. Ватник, В. Г. Крисгаль, Э. К Рабинович. -1989.

126. Сборник методических пособий по проведению металлографических исследований, механических испытаний и замера твердости металла М: НПЦСП «3i 1ергия». -2001. -138 с.

127. Циммерман, Р. Металлургия и материаловедение: справ. издУР. Циммерман, К. Гюнтер- М.: Металлургия. -1982. 480 с.

128. Брандон, Д Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля / Д Брандон, У. Каплан М: Техносфера, 2006.-384 с.

129. Кларк, Э. Р. Микроскопические методы исследования материалов/ Э. Р. Кларк. М: Техносфера, 2007. - 376 с.

130. Беккерг, М Способы металлографического травления: справочник/ М. Беккерт, X Клемм. -М.: Металлургия, 1988. 398 с.

131. Трусов, Я П Исследование температурно-силовой зависимости скорости ползучести паропроводной стали 12Х1МФ/ Я П Трусов, И И Трунин, В. Е. Добровольский, А Д Рощупкин// Теплоэнергетика-1981. -№11. С. 2-4.

132. Габбасов, Д Ф. Разработка технологии восстановления работоспособности змеевика трубчатой печи из стали 15Х5М с учетом температурных воздействий пожара: авгореф. дисс— канд. техн. наук/ Д Ф. Габбасов Уфа, 2004. - 24 с.

133. Система технического обслуживания, ремонта и кошроля технического состояния технологического оборудования и установок нефтеперерабатывающих предприятий. Волгоград. 2007 г., 120 с.

134. Инструкция по техническому обслуживанию, ремонту и контролю технического состояния технологического оборудования установок ООО <<КИРИШИнефтшргсинтез>>, Волгоград. 2006 г, 67 с.