автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Роль зернограничных сегрегаций в формировании свойств, усталостной прочности и коррозионной стойкости конструкционных сталей в ходе длительной эксплуатации при низких температурах

Ермакова Татьяна Викторовна

РОЛЬ ЗЕРНОГРАНИЧНЫХ СЕГРЕГАЦИИ В ФОРМИРОВАНИИ СВОЙСТВ, УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ И КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ В ХОДЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ.

Специальность: 05.16.01. Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2 0 0 4г.

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Солнцев Юрий Порфирьевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор

Теплухин Гелий Николаевич

кандидат технических наук, доцент

Новиков Евгений Васильевич

Ведущая организация

ОАО «Ижорские заводы»

Зашита состоится 25 марта 2004 года в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.229.14 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, хим. Корпус, ауд. 51.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ«СП6ГПУ»

Автореферат разослан

2004 г.

Ученый секретарь

доктор технических наук, профессор

Кондратьев Сергей Юрьевич

Общая характеристика работы

Актуальность работы, Конец XX века в нашей стране охарактеризовался нарастающими темпами старения производственных фондов отдельных предприятий и отраслей в целом. Важность и необходимость решения этой проблемы нашли свое отражение в принятом в 1997 году Федеральном законе № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опаспых производственных объектов», ряде других федеральных и отраслевых нормативных актов. Их принятие объединило различные направления исследований, связанпых с надежностью и безопасностью эксплуатации, привело к пониманию необходимости разработки единых подходов к проблеме продления срока службы оборудования за пределы расчетных значений. По общему мнению, в проблеме продления ресурса оборудования наиболее перспективным является путь, заключающийся в отказе от среднестатистического - расчетного срока службы, нормируемого для группы оборудования в целом и замена его индивидуальным ресурсом каждой конкретной установки, при назначении которого учитываются фактические условия эксплуатации, ремонтные работы, времена простоев и т.п. Однако переход от назначаемого ресурса к индивидуальному инженерному подходу к сроку безопасной эксплуатации оборудования требует не только переосмысления всего существующего комплекса расчетных и исследовательских приемов оценки состояния металла, запасов прочности и надежности конкретного агрегата, но и создания новых методик анатиза структуры, свойств материалов, новых теорий, описывающих изме-неш!Я, происходящие в сталях в ходе длительной эксплуатации.

Если в области высоких температур такие данные имеются, они достаточно полны и достоверны, то в низкотемпературной области, даже при температурах климатического холода, ситуация выглядит несколько иначе. К настоящему времени отсутствуют или недостаточно полны данные об изменении структуры и свойств материалов под воздействием длительной термоциклической низкотемпературной эксплуатации. Отсутствует статистика разрушений низкотемпературного оборудования, вызванная исчерпанием запасов прочности, вязкости, пластичности, циклической или коррозионной стойкости. Пет единой общепринятой модели, описывающей влияние на фазовый состав, структуру и свойства сталей эксплуатационных факторов - параметров и условий эксплуатации, технологических процессов, консервации и простоев оборудования, локальных повреждений и ремонтных операций, опираясь на которую можно было бы прогнозировать безопасные пределы эксплуатации той или иной группы оборудования.

Одной из причин, снижающих надежность и долговечность оборудования, является перераспределение атомов примесных элементов (фосфора, серы и т.п.) в границы зерен, приводящее к образованию зернограничных сегрегации, изменяющих химический состав, структуру и свойства зерно-граничного твердого раствора. Традиционно принято считать, что сегрегационные процессы протекают только в

рудования. Однако, в последние годы, стало появляться все больше информации о разрушениях машин и механизмов, эксплуатируемых в условиях Сибири и Крайнего Севера. Среди таких аварий значительное место занимают разрушения, связанные с зерпограничным (сегрегационным) охрупчива-нием сталей. Так как диффузионное перераспределите примесных атомов в процессе эксплуатации такого оборудования невозможно, то следует предположить, что сегрегационные явления вызваны сопутствующими факторами, роль которых возрастает по мерс увеличения срока службы агрегатов. К таким факторам относятся ремонтные, в частности, сварочные операции, межэксплуатационные технологические разогревы и т.п. Не менее остро стоит проблема оценки срока безопасной эксплуатации оборудования, эксплуатируемого в условиях повышенных температур, но установленного на открытых площадках, например энергооборудования буровых установок. В момент «холодного» пуска таких систем температура стенки барабана котла, сосуда, емкости или трубопровода равна температуре окружающего воздуха и для зон Сибири и Крайнего Севера может опускаться ниже 223 К, что приводит к хрупким разрушениям конструкций из-за потери их хладостойкости.

Учитывая все больший интерес, проявляемый в нашей стране к регионам Сибири и Крайнего Севера, в рамках межотраслевой комплексной программы Международной академии холода, посвященной разработке новых подходов к оценке ресурса низкотемпературной техгшки было выделено отдельное направление - «Оценка остаточного ресурса оборудования, эксплуатируемого в условиях Сибири и Крайнего Севера», составной часть которого и является данная работа.

Вышеизложенное показывает актуальность дашюй работы, ее практическую направленность и востребованность результатов для решения задач одного из наиболее сложных направлений современного низкотемпературного металловедения - анализа влияния длительной низкотемпературной и термоциклической эксплуатации на структуру и свойства материалов.

Цель работы. Целью работы являлось исследование температурно-времегшых зависимостей возникновения и развития зернограничных сегрегации примесных элементов в углеродистых и низколегированных сталях, оценка влияния сегрегации примесных атомов на механические свойства, переходную температуру хрупкости, малоцикловую усталость и коррозионную стойкость этих сталей, и использование полученных результатов исследований при уточнении остаточного ресурса оборудования, отработавшего расчетный срок службы.

В соответствии с указанной целью в работе были поставлены и решены следующие задачи:

- определить температурно-времепные области возникновения п развития зернограничных сегрегации в границах аустенитных и ферритных зерен модельных Fe-C сплавов;

- оценить роль кремния, марганца и алюминия на развитие зерногра-ничных сегрегации в железоуглеродистых сплавах;

- определить влияние зернограничных сегрегации примесных атомов на механические свойства, переходную температуру хрупкости, малоцикловую усталость и коррозионную стойкость Fe-C сплавов;

- оценить возможность распространегаш полученных на модельных Fe-C сплавах результатов на промышленные углеродистые и легированные стали, сопоставив результаты, полученные на образцах модельных сплавов и промышленных сталей.

- определить возможность применения полученных результатов при разработке рекомендаций по оценке фактического состояния и продления срока службы вспомогательного оборудования, изготовлешюго из углеродистых сталей и отработавшего расчетный срок службы в 100 тыс. ч;

- уточнить роль термоциклической обработки, микролегирования сильными карбидо- и нитридообразующими элементами на размеры аусте-нитных зерен, формирование и развитие зернограпичных сегрегации примесных атомов в конструкционных сталях.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- проведены исследования развития зернограничных сегрегации в границах аустенитных и ферритных зерен в модельных Fe-C сплавах в интервале температур 1273 - 473 К и времен от 0,01 до 10000 ч;

- уточнены температурно-временные области максимального развития зернограничных сегрегации азота, серы, фосфора, цветных металлов, кремния и Mapi-анщ в Fc-C сплавах с 0,05 - 0,2 % углерода;

- показана роль элементов, вводимых для раскисления сталей на из-мепение концентрационных зависимостей зерпограничных сегрегации в Fe-C сплавах;

- показаны взаимосвязи зернограничпых сегрегации примесных атомов с изменениями механических свойств, переходной температуры хрупкости, м&чюцикловой усталости и коррозионной стойкости Fe-C сплавов;

- подтверждена возможность распространения результатов, получен-пых на модельных Fe-C сплавах, на промышленные углеродистые и низколегированные стали;

- показана взаимосвязь между размерами аустенитных зерен углеродистых и низколегированных сталей и величиной зернограпичпых сегрегации.

Практическая значимость работы определяется:

-доказанной, при проведении работ по техническому диагностированию и экспертизе промышленной безопасности трубопроводов, сосудов и емкостей различного назначения, возможностью разделения вспомогательного оборудования низкотемпературной техники, изготовленного из углеродистых сталей на две группы:

Первая - ресурсо-зависимое оборудование, эксплуатация (технологические разогревы) которого производятся при 673 - 748 К. Ресурс такого оборудования должен быть ограничен требованиями соответствующих нормативно-технических документов на устройство и безопасную эксплуатацию оборудования. Вторая - ресурсо-независимое оборудование, температура эксплуатации (технологических разогревов) которого менее 673 К. Срок службы такого оборудования за пределы расчетного может быть продлен на основании неразрушающих методов контроля его фактического состояния.

- на примере исследований вырезок из металла оборудования изготовленного из углеродистых сталей и отработавшего более 100 тыс. ч доказана применимость получешшх на лабораторных образцах результатов при анализе фактического состояния, работоспособности и расчете остаточного ресурса оборудования, отработавшего расчетный срок службы:

- определением взаимосвязи между легирующим комплексом и уточнением температурно-врсменных областей максимального развития зерно-граничных сегрегации атомов фосфора, азота, серы, марганца, кремния и цветных металлов в границах зерен сталей;

- использованием полученных данных при назначении режимов термической обработки. сталей и расчете температурных режимов эксплуатации и технологических разогревов низкотемпературного оборудования, изготовлешюго из углеродистых сталей;

- разработкой предложений по изменению режимов термической обработки и микролегирования углеродистых сталей, предназначенных для изготовления оборудования, эксплуатация которого будет осуществляться в климатических зонах Сибири и Крайнего Севера.

Апробация работы: Материалы, составляющие основное содержание работы, докладывались и обсуждались на И конференциях и семинарах, в том числе: XIV Петербургских чтениях по проблемам прочности секции прочности и пластичности материалов им. Н.Н. Давидепкова Дома ученых Санкт-Петербурга, СПб, 2003 г.; 2-й международной научно-технической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», СПб, 2003 г.; IV научно-технической конференции «Актуальные проблемы прочности материалов и конструкций при низких и криогенных температурах». СПб, 1995 г.; VI и VIII научно-технических конференциях «Прочность материалов и конструкций при низких температурах». СПб, 2000 и 2003 r.r.,VII научно-технической конференции «Актуальные проблемы механики, прочности и теплопроводности при низких температурах» СПб, 2002; «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов». СПб, 2003 г. и др.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 12 работ, библиографический список которых приведен в конце реферата.

Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Основное содержание работы и выводы изложены на 156 страницах машинописного текста. Диссертация содержит 42 рисунка и 28 таблиц. Список литературы включает 145 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, поставлены основные задачи работы, ее цель, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе приведены сведения по анализу состояния существующих и развитию новых подходов к проблеме оценки остаточного ресурса машин и аппаратов низкотемпературной техники. Из анализа литературных источников было установлено, что, несмотря на отпосительную молодость отрасли, к настоящему времени около 70 % эксплуатируемого с применением низкотемпературных технологий оборудования или исчерпали расчетный срок службы, или близки к нему. Так как подобное оборудование подпадает под действие Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», других законодательных и нормативных актов Правительства РФ, ПТН РФ, то для продления срока его эксплуатации за пределы расчетного необходимо применение ряда нормативных процедур, в частности предусмотренных ПБ 10-115-96 «Правилами по устройству и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением»; РД 03-484-02 «Положением о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств и сооружений на опасных производственных объектах», других нормативно-технических актов. В ходе работы был проведен анализ всех основных нормативных документов и программного обеспечения, посвященных продлению срока службы оборудования опасных производственных объектов в РФ и за рубежом. Показано, что в данной документации, подробно описывающей все процедуры контроля, наиболее слабым местом являются вопросы, посвященные эксплуатационным изменениям структуры и свойств материалов. Применяемые в этом случае технологии оценки ресурса основаны на косвенных методах пересчета свойств металла от исходного состояния к конечному. Это выполняется либо путем введения специальных понижающих коэффициентов, что приводит к недореализации ресурса оборудования, либо, учитывая температурный цикл эксплуатации, основывается на гипотезе о неизменности свойств металла в ходе длительной эксплуатации. Такие подходы допустимы для оборудования, которое в ходе эксплуатации не подвергается технологическим или ремонтным разогревам, однако, в том случае, когда такие разогревы происходят, корректность применения этих методов понижается. Об этом говорят материалы публикаций, описывающие выявленные в низкотемпературных системах дефекты - кор-

розионные повреждения, трещины, возникающие по механизму задержанного разрушения и т.п. В ходе литературного обзора не удалось обнаружить единой - общепринятой модели, описывающей влияние длительной низкотемпературной эксплуатации на механические свойства сталей. Однако в ряде публикаций подчеркивалось, что одной из причин возникновения таких дефектов являются зернограничные сегрегации примесных атомов, возникающие либо в процессе термической обработки и монтажа оборудования, либо во время его ремонтов и высокотемпературных технологических разо-гревов. Хотя теория развития зернограничных сегрегации и получила определенное развитие в последние годы, до сих пор остается ряд вопросов, требующих уточнения. Так, нет единого мнения о температурной области развития сегрегации - ряд авторов считает, что зернограничные сегрегации образуются при температурах выше точки Асз, а при более низких температурах происходит только изменение формы их концентрационного распределения, другие полагают, что развитие сегрегации происходит только в температурной зоне высокого отпуска сталей. До конца не яспо как влияют па развитие сегрегации термоциклические условия эксплуатации оборудования низкотемпературной техники и т.п. Однако, несмотря на ряд разногласий в трактовке результатов исследований, авторы практически всех проанализированных в литературном обзоре работ утверждают, что роль зернограничных сегрегации в формировании свойств, эксплуатационной надежности и долговечности металла оборудования низкотемпературной техтпси велика, а для создания единой модели, позволяющей описать и оценить их роль в изменении свойств сталей в ходе длительной эксплуатации, необходимо проведение дополнительных исследований.

Во второй главе обосновывается выбор материалов для исследова-пия, описываются технологии и режимы их выплавки, термической и термомеханической обработки, технологии изготовлепия образцов для механических, усталостных и коррозионных испытаний, методики и инструментальные особенности испытаний образцов. В работе были использованы как стали промышленной выплавки, в частности, материалы оборудования после длительной эксплуатации, так и опытпые плавки, которые были выплавлены на ОАО «Ижорские заводы» в открытой высокочастотной индукционной печи с основной футеровкой. Всего было изготовлено более 30 плавок углеродистых и легированных сталей. Для получения различных по химическому составу материалов был применен метод раздельного легирования, когда при разливке стати в изложницы базовая плавка, содержащая 0,05 % С до-шихтовывалась углеродом, молибденом, кремнием и другими элементами до заданного уровня. Кроме того, для оценки роли зернограничных сегрегации в формировании свойств Fe-C сплавов на кафедре черных металлов СПбТПУ было выплавлено 4 модельные плавки, содержащих 0,05, 0,10 и 0,20 % угле-

рода и минимальное содержание примесных элементов, что было достигнуто применением особо чистых шихтовых материалов. Определение химических составов опытных плавок осуществляли как стандартными методами аналитической химии, так и на квантометре фирмы «Philips». Содержание азота в плавках определяли «мокрым» методом на ОАО «Обуховский завод». Проверку полученных результатов проводили методом вакуум-плавления на ОАО «Ижорские заводы».

Металлографический анализ был выполнен на микроскопах ММР-2Р и «Neophot-21» при. увеличениях от 100 до 650 крат. При тонких исследованиях микроструктуры - при увеличениях до 10000 крат был применен электронный микроскоп JEV-200A с ускоряющим напряжением 200 кВ. Топография изломов образцов изучалась на растровом электронном микроскопе JSM-35 с ускоряющим напряжением в 60 кВ и разрешающей способностью до 100 ангстрем. Рентгеноструктурный анализ выполнялся на универсальном дифрактометре Д РОН- 3.

При химическом анализе поверхностей разрушения образцов использовали метод Оже-спектроскопии и метод эмиссионного спектрального микроанализа (ЭСМА). Исследования методом Оже-спектроскопии (ESCA/AES) были выполнены на установке PHS-548. При известных достоинствах метода Оже-спектроскопии - высокой чувствительности - 10*1 - 10"2 %, точности анализа в 5 - 10 % и малой разрешаемости по глубине - 3 - 30 ангстрем, получение кривых концентрационного распределения легируюпщх и примесных элементов по глубине (1000-10000 ангстрем) от поверхности излома требует применения послойного ионного травления, что усложняет и удорожает испытания. Поэтому для построения концентрационных кривых распределения элементов в слоях свыше 1000 ангстрем использовали разработанный на кафедре металловедения и технологии металлов СПбГУНиПТ метод элек-троразрядпого поэлементного микроанализа, проводимого с помощью взрывного катодного распыления на установке УЭМ-1. Абсолютная погрешность метода составляет 10*14 г, концентрационная 10"6 % масс, при напряжении 1 кВ. В работе приводится краткое описание установки УЭМ-1 и методика работы на ней.

В третьей главе приводятся результаты исследований процессов образования и развития зернограничных сегрегации в низкоуглеродистых (0,05 - 0,20 % масс, углерода) Fe-C сплавах и анализ влияния сегрегационных процессов на механические свойства, усталостную прочность и коррозионную стойкость этих материалов. В процессе плавки часть сплавов разливалась в кипящем состоянии, часть подвергалась раскислению кремнием, марганцем или алюминием. Это позволило оценить роль элементов-раскислите-лей на формирование зернограничных сегрегации примесных атомов в гра-

тщах зерен Бе-С сплавов и физико-механические свойства углеродистых сталей. Исследования проводили на образцах, которые были подвергнуты изотермическим выдержкам в диапазоне температур 473 - 1273 К. Время выдержек изменялось от 0,01 до 10000 ч и выбиралось с учетом возможных фактических разогревов металла оборудования низкотемпературной техники. За мшшмальное время выдержки принималось время, необходимое для проведения ремонтной сварочной операции, за максимальное - суммарный срок высокотемпературных технологических разогревов за срок службы оборудования систем очистки и сжижения газов. Это позволило оценить роль температуры и продолжительности нагрева в перераспределении углерода и примесных элементов в границы зерен Бе-С сплавов, проследить кинетику процесса образования, развития и рассасывания зернограничных сегрегации примесных атомов в ходе длительных высокотемпературных обработок материалов низкотемпературной техники. Изучено распределение примесных элементов в границах наследственных (аустенитных) и действительных (ферритных) зерен.

Показано, что в ходе высокотемпературных (выше Асз) выдержек происходит обогащение границ зерен Бе-С сплавов атомами фосфора и серы, которые образуют зернограничные сегрегации, развивающиеся по неравновесному механизму. Так, в кипящих Бе-С сплавах, зернограничная сегрегация атомов серы может превышать се среднее содержание примерно в 1600 раз (1273 К, 100 ч), непрерывно возрастая с увеличением времени и температуры нагрева. Введение в Бе-С сплавы марганца, в процессе раскисления плавки, связывает серу в соединение типа Мп8, при этом концентрация атомов серы в границах зерен резко уменьшается. Сегрегация атомов фосфора в границах зерен при нагревах выше точки Асз, достигает максимальной концентрации в первые 30 минут изотермической выдержки, а при дальнейшем увеличении времени выдержки незначительно снижается. Максимальные уровни концентрации атомов фосфора в границах аустенитных зерен достигаются при изотермических выдержках при 873 К, причем форма зерногра-ничной сегрегации фосфора в этой температурной зоне максимально приближена к равновесному состоянию — наиболее опасному с точки зрения воздействия сегрегации на свойства Бе-С сплавов в целом. В этом же температурном интервале отмечается максимальное развитие углеродной сегрегации в грашщах зерен Бе-С сплавов. Максимальное развитие сегрегации атомов азота в границах Бе-С сплавов приходится на температурный интервал 673 — 723 К. Насыщение границ азотом, в основном, завершается в первые 30 — 60 минут изотермических выдержек, в дальнейшем процесс плавно затухает. Атомы кремния обнаруживают максимальную склонность к образованию зернограничных сегрегации в диапазоне температур 873 - 973 К. Особенностью развития зернограничных сегрегации кремния является их форма — растянутые па значительную глубину от границы зерна пленоподобпые образо-

вания. Показано, что при повышении температур нагрева свыше 873 К в зер-нограничном твердом растворе наблюдается концентрационное расслоение кремниевой сегрегации на зоны обогащенные и обедненные кремнием, что свидетельствует о появлении предвыделений кремнистых фаз. Однако в исследованном температурно-времешюм диапазоне изотермических выдержек появление этих фаз обнаружено не было.

Показано, что в ходе изотермических выдержек образование зерно-граничных сегрегации протекает не только на границах аустенитных зерен. Такие же сегрегации образуются и на границах ферритных зерен Fe-C сплавов, однако степень таких сегрегации оказывается на значительно более низком, концентрационном уровне.

Установлено, что снижение механических свойств, переходной температуры хрупкости, усталостной прочности и коррозионной стойкости Fe-C сплавов в ходе изотермических выдержек напрямую зависит от зернограняч-ного распределения примесных атомов (табл. 1).

Таблица 1. Влияние температуры изотермической выдержки на глубину проникновения коррозионного дефекта

Содержание элементов в сплаве (масс. %) Глубина проникновения коррозионного дефекта мкм/ч после изотермической выдержки, К

473 573 673 773 873 973 1073

С-0,05 Глубина 167,2 248,6 371,2 415,2 377,6 288,4 315,3

I сегр.* 7,26 8,02 18,28 22,96 51,96 16,31 26,09

С - 0,05; Мп-0,23; А1-0,05 Глубина 131,2 151,2 150,8 162,8 297,3 186,5 180,1

£ сегр.* 3,66 4,32 3,71 5,50 30,21 8,02 7,35

С -0,20; Мп — 0,31;А1-0,04 Глубина 181,2 177,3 160,8 183,4 321,2 248,4 181,2

£ сегр.* 4,45 4,38 2,70 4,42 34,33 7,28 3,98

* - 2 сегр. - суммарное содержание примесных атомов в границах аустеннтных зерен плавок (% ат.)

В четвертой главе изучена возможность распространения результатов исследований образования и развития зернограничных сегрегации примесных атомов в Fe-C сплавах на углеродистые стали промышленного производства. На основании обоснованной сегрегационной модели был проведен анализ достоверности полученного прогноза изменений комплекса физи-ко-мехапических свойств углеродистых сталей после длительных высокотемпературных нагревов. С этой целью были проанализированы вырезки металла из вспомогательного оборудования энерготехпологического назначения. Были исследованы вырезки сталей 10 и 20 из 4-х паропроводов, эксплуатировавшихся в течении 130 — 249 тыс.ч при температурах 470 - 640 К и 4-х сосудов, работавших под давлением в течение 214 — 243 тыс.ч при 518 — 743 К. Оборудование было установлено на открытом воздухе, в регионах Си-

бири и Крайнего Севера, где средняя температура самой холодной пятидневки в году ниже 233 К (-40 °С).

Проверка применимости модели развития зернограничных сегрегации для углеродистых сталей промышленного производства была проведена на нормализованных в течении 2 ч при 1173 К образцах сталей Юсп, 20кп и 20сп по ГОСТ 1050-88. Образцы для исследований подвергались изотермическим выдержкам в течении от 0,01 до 1000 ч при температурах 1073 -473 К, а затем на них проводились те же испытания, что и на образцах опытных Fe-C сплавов. Была показана идентичность протекающих в ходе изотермических выдержек диффузионных процессов, подтверждена неизменность кинетики и температурно-временных диапазонов образования и развития зернограничных сегрегации примесных атомов в Fe-C сплавах и сталях промышленного производства. Установлено, что более высокое содержание примесей в промышленных сталях приводит к количественно более высоким уровням концентрации примесных атомов в границах зерен. Влияние сегрегации атомов фосфора — самой опасной из сегрегирующих примесей, в промышленных сталях дополнительно усиливается сегрегациями атомов цветных металлов (мышьяка, олова и т.п.), температурный интервал максимального развития которых совпадает с интервалом развития сегрегации атомов фосфора и приходится на 823 - 923 К. Таким образом установлено, что влияние зернограиичяых сегрегации примесных атомов на свойства промышленных углеродистых сталей, качественно совпадая с влиянием на свойства опытных сплавов, количественно превосходит его из-за больших концентраций примесных элементов в составе сталей. Это подтверждают результаты исследований механических свойств, переходной температуры хрупкости, усталостной прочности и коррозионной стойкости промышленных сталей. Так например, скорость роста коррозионного дефекта в стали 20кп после изотермической выдержки при 873 К составила 590 мкм/ч (суммарное содержание примесных атомов в границах зерен - 61 % ат.); в стали 20сп -340 мкм/ч и 38,7 % ат. соответственно.

Анализ металла вырезок из оборудования, отработавшего расчетный срок службы - более 100 тыс. ч подтвердил полученные в главе данные о единстве сегрегационных процессов в опытных сплавах и сталях промышленного производства. По итогам исследований вырезок был сделан ряд практических выводов, позволяющих значительно сократить объем контроля фактического состояния металла оборудования, изготовленного из углеродистых сталей, выполняемого при проведении работ по продлению срока его службы за пределы расчетного. Показано, что все оборудование из углеродистых сталей можно разделить на две группы. Первая - ресурсо-зависимое оборудование с температурой эксплуатации 673 - 748 К, ресурс которого должен быть ограничен в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации объектов ГГТН РФ (обычно 100 тыс. ч) Продление срока

службы такого оборудования возможно только при проведении прямых испытаний механических свойств, так как при данных температурах сегрегационные процессы в сталях приводят к перераспределению примеспых элементов в границы зерен, интенсивному развитию зернограничных сегрегации фосфора и других примесных элементов и, как следствие, резкому снижению вязкости, пластичности, усталостной прочности и коррозионной стойкости. Вторая - ресурсо-независимое с температурой эксплуатации не выше 673 К. При этих температурах сегрегационные процессы в углеродистых сталях заторможены, изменения свойств материала в ходе длительпой (свыше 100 тыс. ч) эксплуатации не происходит и достоверные данные о механических свойствах металла можно получить косвенным методом, например пересчетом результатов замеров его твердости по методу ВТИ. Таким образом, срок службы такого оборудования может быть продлен на основании анализа его фактического состояния только неразрушающими методами, что значительно упрощает и удешевляет стоимость работ, сокращает сроки их проведения.

В пятой главе представлены результаты анализа путей повышения эксплуатационной надежности и долговечности вновь выпускаемого оборудования, изготовленного из углеродистых и низколегированных сталей и предназначенного для эксплуатации в климатических условиях Сибири и Крайнего Севера. Было определено (табл. 2), что существует прямая взаимосвязь между размерами наследственных аустенитных зерен и величиной зер-нограпичпых сегрегации примесных атомов.

Таблица 2. Влияние размеров аустенитных зерен на химический состав зериограничного твердого раствора в стали 20 после нагревов 873 К 10 ч

Балл и средний размер зерна аустенита Содержание элементов (глубина слоя 10 А) ат. %

Ре Р Есегр

3 (111 мкм) 61,2 14,2 38,3

5 (55,3 мкм) 67,3 11,6 32,7

7 (26,7 мкм) 75,2 7,4 24,8

9 (13,8 мкм) 80,4 3,8 19,6

Было показано, что наиболее эффективным способом измельчения зерна в углеродистых сталях является изменение режима термической обработки стали с нормализации на термоциклическую обработку. В работе был использован режим ТЦО, разработанный и применяемый на ОАО «Ижорские заводы», что позволило при внедрении результатов исследований минимизировать затраты на технологическую проработку процесса, переналадку оборудования и т.п. Также было проанализировано влияние микролегирования углеродистых сталей сильными карбидо- и нитридообразующими элементами - молибденом, титаном, ниобием и ванадием в концентрациях, не превышающих их предельную растворимость в твердом растворе. Показано,

что введение этих элементов наряду с применением.ТЦО способствует, за счет дополнительного измельчения аустенитных зерен, повышению трещи-постойкости и хладостойкости сталей, более равномерному распределению примесных атомов (табл. 3). Проведен анализ возможности модифицирования сталей РЗМ и силикокальцием. Показано, что при их введении возможно дополнительное повышение эксплуатационной надежности материалов оборудования, эксплуатируемого в условиях холодного климата, за счет измене-пия размеров и получения более благоприятных по форме сульфидных включений.

Таблица 3. Механические свойства, балл зерна н содержание вредных примесей в границах аустеюгпшх зерен сталей

Режим термической обработки Сталь Механические свойства Балл зерна аусте- X сегр ат.%

а, вод 5з К1С

МПа % МПа'м1" нита

Нагрев 1173 К, выдержка 20 485 270 19 48 5 24,3

2 ч, охлаждение на воздухе 20М 552 318 29 50 6 22,0

20Ф 610 410 28 51 8 16,0

20Б 610 375 31 54 7 16,8

20Т 600 370 30 55 7-8 16,6

ГомогенизацияШЗ К 2 ч 20 563 351 24 70 9-10 11,6

+ 4-кратпое ТЦО в меж- 20М 635 440 25 70 10-11 10,3

критическом интервале 20Ф 640 470 26 69 11 9,0

охлаждения на воздухе - 20Б 625 430 29 76 11-12 9,1

1, 3 и 4 циклы и в воде 20Т 655 480 28 74 12 9,1

2-й цикл

На основании проведенных исследований для повышения надежности и долговечности материалов оборудования, изготовленного из углеродистых сталей и эксплуатируемого в условиях Сибири и Крайнего Севера, рекомендовано внедрение процессов, способствующих измельчению аустенит-ного зерна - термоциклической обработки, микролегирования сильными карбидо- и нитридообразующими элементами в концентрациях, не превышающих их предельную растворимость в твердом растворе, модифицирование РЗМ и силикокальцием.

Основные выводы по работе

1. Проведен анализ механизма развития зернограничных сегрегации в процессе термической обработки углеродистых и легированных сталей в диапазоне температур 473 - 1273 К и времен от 0,01 до 10000 ч. Подтверждено единство сегрегационных процессов происходящих в этих материалах и уточнена роль зерпограничных сегрегации примесных элементов на форми-

рование их механических и коррозионных свойств. Показано, что зерногра-ничные сегрегации примесных и легирующих элементов развиваются в границах как ферритных, так и аустешггных зерен. Наиболее опаспыми, с точки зрения снижения надежности безопасной эксплуатации оборудования, следует считать сегрегации атомов примесных элементов в границах зерен аусте-нита, где они достигают максимальных концентраций. Уточнены температурные области, в которых развитие зернограничных сегрегации достигает максимальных значений.

2. Показано, что в углеродистых и легированных сталях образование зернограничных сегрегации протекает в ходе высокотемпературной (выше точки Асз) термической обработки. Форма таких сегрегации остается неравновесной, то есть растянутой вглубь от границы зерна на значительные расстояния, составляющие сотни и тысячи межатомпых расстояний. В процессе нагревов до температур порядка 673 - 723 К перераспределение примесных элементов происходит только за счет возникновения в границах зерен новых фаз и вытеснения примесей из участков границы, занятых этой фазой. При повышении температуры до 773 К и выше начинается интенсивное диффузионное перераспределение примесных атомов в приграничных областях твердого раствора, в результате чего форма сегрегации стремится к более равно -весному состоянию

3. Установлено, что максимальное развитие сегрегации атомов фосфора в границах зерен Fe-C сплавов приходится на температурный интервал 823 - 873 К. В этой температурной области форма зернограничных сегрегации фосфора максимально приближается к равновесной - наиболее опасной с точки зрения их воздействия на комплекс физико-механических свойств зер-нограпичного раствора. При этих же температурах отмечается максимальное зернограничное содержать атомов углерода. Максимальное насыщение границ зерен азотом отмечается в диапазоне температур 673 - 723 К и, в основном, завершается в первые 30 - 60 минут изотермической выдержки. В дальнейшем процесс насыщения границ зерен азотом постепенно затухает. Максимальную склонность к образовашпо зернограничных сегрегации атомы кремния обнаруживают в диапазоне температур 873 - 973 К, что совпадает с температурными интервалами сегрегации углерода и фосфора. Атомы кремния в процессе зерно1раничной диффузии не склонны к образованию тонких сегрегационных слоев в границах зерен, а образуют плепообразные - растянутые на значительную глубину сегрегации. При повышении температуры изотермической выдержки до 823 - 873 К в зернограничном твердом растворе наблюдается расслоение кремниевой сегрегации на зоны с повышенным и понижешнлм содержанием кремштя, что свидетельствует о появлении в границах зерен предвыделений кремнистых фаз.

4. Установлено, что максимальное охрупчивающее воздействие в углеродистых и легированных сталях оказывают совместные сегрегации ато-

мов фосфора и цветных металлов. Развитие зернограничных сегрегации этих элементов влияет на весь комплекс физико-химических и механических свойств Fe-C сплавов. Они снижают малоцикловую усталостную прочность, повышают переходную температуру хрупкости и ухудшают их коррозионную стойкость. Определено, что максимальное охрупчивание и повышение температуры вязко-хрупкого перехода приходится на температурный интервал 823 - 923 К. Такие нагревы могут возникать в аппаратах низкотемпературной техники и оборудовании вспомогательных производств в ходе ремонтных - сварочных операций или нештатных перегревов металла, связанных с нарушениями технологического процесса, например, при восстановлении работоспособности систем фильтрации и катализа установок сжижения и очистки газов. Определение наличия и координат перегретых участков металла оборудования позволяет значительно уменьшить число зон контроля фактического состояния металла при выполнении инженерных методов оценки остаточного ресурса оборудования и параметров его безопаспой эксплуатации.

5. При проведении работ по техническому диагностированию и экспертизе промышленной безопасности трубопроводов, сосудов и емкостей различного назначения с целью определения возможности продления срока их службы за пределы расчетного установлено, что все оборудование вспомогательных производств, изготовлепное из углеродистых сталей, можно разделить на две группы.

Первая - ресурсо-зависимое оборудование с температурой эксплуатации 673 - 748 К, ресурс которого должен быть ограничен Правилами устройства и безопасной эксплуатации объектов ПТН РФ. Для определения возможности продления срока службы данного оборудования требуется проведение полномасштабных исследований механических и коррозиошпмх свойств металла, которые в ходе эксплуатации могли иметь значительные измепения, связанные с развитием в границах зерен сталей зернограничных сегрегации примесных атомов.

Вторая - ресурсо-независимое оборудование, температура эксплуатации которого не превышает 673 К. Срок службы данной группы может быть продлен далеко за пределы среднепаркового ресурса на основагаш анализа его фактического состояния неразрушающими методами без проведения механических испытаний и проведения прочностных расчетов.

6. Показало, что при нагревах длительностью в сотни тысяч часов, что соответствует сроку службы оборудования, формирование равновесных сегрегации в границах аустепитных зерен углеродистых сталей отмечается только при температурах эксплуатации 723 - 748 К, что соответствует температурам эксплуатации I группы оборудования. При эксплуатации оборудования в зоне температур 473 - 673 К роль зернограничных сегрегации в охруп-чивании сталей невелика. Так оборудование изготовленное из углеродистых

сталей и эксплуатируемое при температурах 473 - 673 К, сохраняет нормируемый Правилами устройства и безопасной эксплуатации ПТН РФ запас ударной вязкости и уровень переходной температуры вязко-хрупкого перехода после эксплуатации в течение 1,5-2 среднепарковых ресурсов и после неразрушающего контроля фактического состояния основного металла и сварных соединений может быть вновь введено в эксплуатацию на расчетных параметрах.

7. Подтверждена взаимосвязь между концентрационным уровнем развития зернограничных сегрегации примесных атомов, в первую очередь атомов фосфора, и размерами аустенитных зерен в сталях. Показано, что при уменьшении размеров зерен суммарное содержание примесей в границах ау-стенитных зерен существенно снижается. С целью повышения хладостойко-сти и трещшюстойкости материалов вновь выпускаемого оборудования для Сибири и Крайнего Севера предложено заменить режим термической обработки углеродистых сталей с нормализации на термоциклическую обработку, что позволит снизить размеры аустенитных зерен в статях с5-6до9-10 баллов.

8. На основании проведенных исследований показано, что технология производства материалов на базе углеродистых сталей для оборудования, эксплуатируемого в условиях Сибири и Крайнего Севера должна включать следующие операции:

- замену режима термической обработки стали с нормализации на термоциклическую обработку;

- модифицирование стали редкоземельными металлами и силико-калыщем;

- микролегирование стали одним из следующих металлов - ванадием в концентрации не более 0,12 %; ниобием - не более 0,06 % или титаном -не более 0,03 %.

ГТубликацн и

1.Солнцев Ю.П., Вологжанина С.А., Ермакова Т.В. Анализ химического состава изломов закалешюй хладостойкой стали в условиях замедленпого разрушения // Прочность материалов и конструкций при низких температурах. Материалы семинара. СПб: СПбГУНиПТ, 2000. - С. 36-39.

2.Вологжанина СА, Ермакова Т.В. Влияние молибдена на формирование зерногра-ничных сегрегации в аустенитных зернах закаленных конструкционных сталей // В кн. Металловедение, пластическая и термическая обработка металлов. СПб: Политехника, 2001. - С.22-23.

3.Вологжанина СА, Ермакова Т.В., Никонец ПА Влияние химического состава на трещиностойкость конструкционных сталей //Актуальные проблемы механики прочности и теплопроводности при низких температурах. Материалы семинара. СПб: СПбТУНиПТ, 2001. - С. 80-83.

4.Вологжанина С.А., Солнцев Ю.П., Ермакова Т.В. Влияние структурных изменений на надежность и ресурс материала криогенного оборудования //Прочность материалов и конструкций при низких температурах. Материалы семинара. СПб: СПбТУНиПТ, 2002. - С.7-26.

5.Ермакова Т.В., Вологжанина С.А. Влияние молибдена и фосфора на замедленное разрушение закаленной хладостойкой стали //Прочность материалов и конструкций при низких температурах. Материалы семинара. СПб: СПбТУНиПТ, 2002. - С. 153154.

6.Солнцев Ю.П., Вологжанина С.А., Ермакова Т.В. и др. Эксплуатационные изменения в структуре углеродистых сталей после длительной наработки в диапазоне 210 — 500 К //Актуальные проблемы механики прочности и теплопроводности при низких температурах. Материалы семинара. - СПб: СПбГУНиПТ, 2002. - С. 104-108.

7.Ермакова Т.В., Вологжанина С.А. Проверка возможности применения модели образования зернограничных сегрегации для стали 20 //XIV Петербургские чтения по проблемам прочности. Санкт-Петербург 12-14 марта 2003 г. Сборник тезисов. СПб: 2003.-С. 160-161.

8.Ермакова Т.В., Вологжанина С.А. Использование модели образования зернограничных сегрегации для оценки материала с длительным сроком эксплуатации //XIV Петербургские чтения по проблемам прочности. Санкт-Петербург 12-14 марта 2003 г. Сборник тезисов. СПб: 2003. - С. 162-163.

9.Ермакова Т.В., Вологжанина С.А. Разработка модели образования сегрегации в Бс-С сплавах //XIV Петербургские чтения по проблемам прочности. Санкт-Петербург 12-14 марта 2003 г. Сборник тезисов. СПб: 2003. - С. 158-159.

Ю.Вологжанина С.А., Ермакова Т.В., Солнцев Ю.П. Анализ зернограничного твердого раствора материалов оборудования после длительной эксплуатации //Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов. Сборник трудов. СПб: СПбГУ-НиПТ, 2003. - С. 3-15.

11.Вологжанина С.А., Ермакова Т.В., Солнцев Ю.П. Превращения, происходящие в Бс-С сплавах в ходе длительной эксплуатации //Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке. Сборник трудов 2-й международной конференции. СПб: СПбГУНиПТ, 2003, Т.1.- С. 112-118.

12.Вологжанина С.А., Ермакова Т.В., Крутиков Н.В. Причины задержанного разрушения сварных конструкций //Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке. Сборник трудов 2-й международной конференции. СПб: СПбГУНиПТ, 2003, Т. 1.-С 122-125.

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97.

Подписано в печать Щ» ОД, ЛС(У/. Объем в п. л. У,

Тираж -/00, Заказ 2Х,

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства СПбГПУ 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.

Отпечатано на ризографе КЫ-2000 ЕР Поставщик оборудования — фирма "Р-ПРИНТ" Телефон: (812) 110-65-09 Факс: (812) 315-23-04

Введение

Глава 1. Литературный обзор. Зернограничные сегрегации примесных атомов как причина снижения эксплуатационной надежности оборудования низкотемпературной техники.

1.1. Особенности развития системы промышленной безопасности в XXI веке. Нормативно-техническая база и задачи по совершенствованию системы промышленной безопасности.

1.2. Проблемы разрушения крупногабаритных конструкций.

1.3. Сегрегации примесных атомов, как фактор определяющий физико-механические свойства сталей.

1.3.1. Феменологические аспекты развития зернограничных сегрегаций.

1.3.2.Термодинамические аспекты развития зерно-граничных сегрегаций.

Современное состояние промышленности требует новых научно-обоснованных рекомендаций по возможности безопасной эксплуатации отдельных агрегатов и целых производств отработавших расчетный срок службы. Особо остро эта проблема встала в конце девяностых годов прошлого века, когда нарушения плановой последовательности ренавации оборудования, допущенные в восьмидесятых-девяностых годах, начали проявляться в полной мере - от пятидесяти до семидесяти процентов оборудования предприятий различных отраслей к этому времени или исчерпали расчетный срок службы, или вплотную приблизились к нему. Конец девяностых годов характеризуется возвратом внимания к этой проблеме со стороны государственных органов, ответственных за состояние и безопасность эксплуатации промышленного оборудования. В 1997 году был принят Федеральный закон № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», на базе которого была начата разработка единых подходов к проблеме остаточного ресурса оборудования, в частности, оборудования эксплуатируемого в области низких температур, Одним из наиболее прогрессивных подходов к вопросам продления срока службы является переход от усредненного - так называемого «паркового» ресурса к ресурсу индивидуальному - определяемому для каждого конкретного сосуда, емкости, трубопровода на основании контроля их фактического состояния. Однако такой переход требует не только переосмысления всего существующего комплекса расчетных и исследовательских приемов оценки ресурса оборудования, но и создания принципиально новых методик исследования фактических свойств материалов, создания новых теорий, описывающих изменения свойств в зависимости от условий их эксплуатации.

Проблема исчерпания ресурса низкотемпературного оборудования и продления срока его службы за пределы расчетных параметров поставила ряд дополнительных задач, решение которых до сих пор не найдено. Это в первую очередь связано с относительной молодостью отрасли, развитие которой пришлось на семидесятые - восьмидесятые годы прошлого века. Поэтому к настоящему времени, отсутствуют достоверные данные об изменении структуры и свойств материалов под воздействием длительной низкотемпературной и термоциклической эксплуатации. Не набрана репрезентативная статистика разрушений низкотемпературного оборудования, вызванная исчерпанием его срока службы. Не создано единой общепринятой теории обобщающей влияние на фазовый состав, структуру и свойства сталей внешних факторов (условий эксплуатации, технологических процессов регенерации и консервации и т.п.), опираясь на которую можно было бы прогнозировать безопасные пределы эксплуатаиии того или иного оборудования. Также в научной литературе практически не освещены вопросы изменения структуры и свойств материалов * низкотемпературной техники под воздействием термоциклических нагрузок - когда эксплуатация агрегата осуществляется в области низких и сверхнизких температур, а во время операций регенерации и очистки технологических систем стенки агрегата разогреваются до температур, достигающих 1000 К.

Одной из причин снижения надежности и долговечности металла оборудования, подвергаемого разогревам до температур, при которых растормаживаются диффузионные процессы, является перераспределение атомов основных и примесных элементов между телом и границами зерен, приводящие к образованию, так называемых, зернограничных сегрегации, Учитывая, что в ходе технологических разогревов ряд агрегатов низкотемпературной техники подвергается подобным разогревам, продолжительность которых за расчетный срок службы в 100 тыс. час. может составлять более тысячи часов, проблема снижения эксплуатационной надежности низкотемпературного оборудования, связанная с сегрегационным охрупчиванием приобретает важнейшее значение.

В свете изложенного, проведенные в настоящей работе экспери-% ментальные исследования и теоретические обобщения полученных результатов, которые являются составной частью обширной научно-исследовательской программы проводимой под эгидой Международной академии холода и посвященной разработке обобщающей теории изменения свойств материалов в ходе длительной низкотемпературной эксплуатации представляются весьма актуальными и позволяющими решить ряд задач, имеющих большое значение в дальнейшем развитии криогенного металловедения.

Целью работы являлось исследование температурно-временных зависимостей возникновения и развития зернограничных сегрегаций легирующих и примесных элементов в углеродистых, Сг-Мо и Сг-№-Мо сталях, оценка влияния сегрегаций примесных атомов на механические свойства, переходную температуру хрупкости, малоцикловую усталость и коррозионную стойкость этих сталей и использование полученных результатов исследований при уточнении остаточного ресурса оборудования, отработавшего расчетный срок службы.

В соответствии с указанной целью в работе были поставлены и ре* шены следующие задачи: определить температурно-временные области возникновения и развития зернофаничных сефегаций в границах аустенитных и феррит-4 ных зерен модельных Ре-С сплавах; оценить роль элементов-раскислителей (кремния, марганца и алюминия) на развитие зернограничных сефегаций в железоуглеродистых сплавах; определить влияние зернофаничных сефегаций примесных атомов на механические свойства, переходную температуру хрупкости, малоцикловую усталость и коррозионную стойкость Ре-С сплавов; оценить возможность распространения полученных на модельных Ре-С сплавах результатов на промышленно выпускаемые углеродистые и легированные стали, термически обработанные в лабораторных условиях (имитирующие условия эксплуатации оборудования) и стали, отработавшие расчетный ресурс в качестве материалов оборудования, для чего сопоставить результаты, полученные на образцах модельных сплавов и промышленных сталей, обработанных в лабораторных условиях и полученных из вырезок действующего оборудования, отработавшего более расчетного срока службы в 100 тыс. час; определить возможность применения полученных результатов « при разработке рекомендаций по оценке фактического состояния и продления срока службы вспомогательного оборудования изготовленного из углеродистых сталей и отработавшего расчетный срок службы в 100 тыс. час.; уточнить роль легирующих элементов (хрома, молибдена и никеля) на формирование и развитие зернофаничных сефегаций примесных атомов в конструкционных сталях; определить роль зернофаничных сегрегации примесных элементов в образовании закалочных и холодных сварочных трещин в хромо-молибденовых и хромо-никель-молибденовых конструкционных сталях.

Научная новизна работы заключается в следующем: проведены исследования развития зернофаничных сефегаций в фаницах аустенитных и ферритных зерен в модельных Ре-С сплавов в интервале температур 1273 - 473 К и времен от 0,01 до 1000 час.; уточнены температурно-временные области максимального развития зернофаничных сефегаций азота, серы, фосфора, цветных металлов, кремния и марганца в Ре-С сплавах с 0,05 - 0,2 % углерода; * - показана роль элементов, вводимых для раскисления сталей на изменение концентрационных зависимостей зернофаничных сефегаций в Ре-С сплавах; показаны взаимосвязи зернограничных сегрегации примесных атомов с изменениями механических свойств, переходной температуры хрупкости, малоцикловой усталости и коррозионной стойкости Ре-С сплавов; подтверждена возможность распространения результатов, полученных на модельных Бе-С сплавах, на промышленно выпускаемые углеродистые и легированные стали; на примере исследований вырезок из металла вспомогательного оборудования изготовленного из углеродистых сталей и отработавшего более 100 тыс. час. доказана применимость полученных на лабораторных образцах результатов при анализе фактического состояния, работоспособности и расчете остаточного ресурса оборудования, отработавшего расчетный срок службы.

Практическая ценность работы определяется:

- доказанной, при проведении работ по техническому диагностированию и экспертизе промышленной безопасности трубопроводов, сосудов и емкостей различного назначения, возможностью разделения вспомогательного оборудования низкотемпературной техники, изготовленного из углеродистых сталей на две группы.

Первая - ресурсо-зависимое оборудование, эксплуатация (технологические разогревы) которого производится при температурах 673 - 748 К. Ресурс такого оборудования должен быть жестко определен требованиями соответствующих Правил устройства и безопасной эксплуатации оборудования и определения возможности его эксплуатации за пределами расчетного срока службы требуется проведения полномасштабного исследования, включающего в себя анализ механических и коррозионных свойств, которые могли претерпеть значительные изменения, связанные с развитием в границах зерен сегрегаций примесных элементов. Вторая - ресурсо-независимое оборудование, температура эксплуатации (технологических разогревов) которого не превышает 673 К. Срок службы такого оборудования за пределы расчетного может быть продлен на основании только неразрушающих методов контроля его фактического состояния, без проведения механических и коррозионных испытаний. подтвержденной взаимосвязью между возникающими при высоких температурных (выше АСз) нагревах сегрегациями примесных атомов и прежде всего атомов фосфора с механизмом зарождения и развития трещин в закаленных сталях и сварных соединениях; подтвержденными единством механизмов возникновения закалочных и холодных сварочных трещин в конструкционных сталях, которые возникают и развиваются по границам зерен, обогащенным сегрега-циями примесных атомов; ♦ - определением взаимосвязи между легирующим комплексом стали и ее склонностью к развитию закалочных и холодных сварочных трещин; уточнением температурно-временных областей максимального развития зернограничных сегрегаций атомов фосфора, азота, серы, марганца, кремния и цветных металлов в границах зерен углеродистых и ряда легированных сталей, опираясь на знание которых представляется возможным более обосновано назначать режимы термической обработки сталей и рассчитывать температурные режимы эксплуатации и технологических разогревов низкотемпературного оборудования, изготовленного из этих сталей, таким образом, чтобы в ходе обработки и эксплуатации избегать зон максимально неблагоприятных с точки зрения снижения механических свойств и коррозионной стойкости материалов в ходе длительной эксплуатации.

1. ЗЕРНОГРАНИЧНЫЕ СЕГРЕГАЦИИ ПРИМЕСНЫХ АТОМОВ КАК ПРИЧИНА СНИЖЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕХНИКИ.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Проблема эксплуатации оборудования, отработавшего расчетный срок службы, оценки его фактической надежности и безопасности, в настоящее время является одной из наиболее актуальных не только в нашей стране, но и в мире. Решение этой проблемы может быть найдено только при одновременном решении целого ряда базовых вопросов. Во-первых на сколько обосновано и на базе результатов каких научно-исследовательских и практических работ выбирается сам расчетный срок службы - каким образом обоснованы временные рамки разрешенной эксплуатации оборудования. Во-вторых - какие монтажные, технологические, эксплуатационные или ремонтные операции оказывают влияние на надежность и безопасность работы оборудования и, следовательно, уменьшают срок его гарантированно безопасной эксплуатации. В-третьих - какие свойства материала могут гарантировать безопасную эксплуатацию - на основании каких критериев выбираются эти свойства, каким образом учитываются их изменения в течении срока службы и как определяются те предельные изменения свойств, при достижении которых оборудование подлежит неукоснительному выводу из технологического цикла и списанию.

Эта проблема в настоящее время решается многими организациями применительно к различным отраслям науки и техники. В частности, под эгидой Международной академии холода (МАХ) в СПбГУНиПТ такая задача решается применительно к оборудованию, в технологическом цикле которого используются низкотемпературные среды или в течение срока службы подвергается низкотемпературным воздействиям. Это системы сжижения и транспортировки газа, криоэнергетика и криомедицина, стартовые позиции и мобильные комплексы ракетных систем и т.п.; или оборудование которое установлено на открытых площадках и подвергается воздействию климатического холода, который в условиях Сибири и Крайнего Севера может достигать 213 К и даже меньших температур.

В этом случае в металле оборудования в ходе высокотемпературных разогревов протекают диффузионные процессы, которые могут привести к значительным перераспределениям основных легирующих и примесных элементов между телом и границами зерна и появлению зерно-граничных сегрегации и, как следствие, изменению всего комплекса физико-механических свойств материалов. Однако, как видно из литературного обзора (гл.1), при всем многообразии работ, посвященных вопросам образования и развития зернограничных сегрегации до сих пор не найдены ответы на следующие вопросы - когда возникают и как идет развитие зернограничных сегрегации, каким образом можно осуществить контроль над этими процессами и возможно ли на основании анализа сегрегационного перераспределения элементов прогнозировать изменения механических и коррозионных свойств, а следовательно снижение надежности и безопасности эксплуатации оборудования.

Из анализа, проведенного в гл.1 было обнаружено, что основная часть работ, посвященных сегрегационным процессам, изучает изменения структуры и свойств материалов в ходе нагревов в интервале температур отпускной хрупкости и решает конкретные технологические задачи, а исследованные материалы представляют собой легированные стали перлитного класса. В то же время установлено, что число работ, посвященных одному из основополагающих вопросов развития сегрегаций, а именно каким образом возникают и как развиваются зернограничные сегрегации в базовом для всех сталей материале твердом растворе углерода в а- и у-железе - крайне мало, а в ряде случаев приведенные авторами результаты противоречат друг другу.

Нам представлялось, что только оценив их роль в формировании структуры и свойств Ре-С сплавов, в дальнейшем можно научно обоснованно решать задачу изменений физико-механических свойств углеродистых и легированных сталей, эксплуатируемых в широком температурном диапазоне от 1000 до 4,2 К. Поэтому гл.З данной работы была посвящена разработке этого вопроса и созданию базовой модели развития зерногра-ничных сегрегаций в Ре-С сплавах. Были установлены температурно-временные области возникновения и развития зернограничных сегрегаций таких элементов как, например, фосфор, азот, сера, кремний, марганец; определена их роль в изменении механических свойств, усталостной прочности и коррозионной стойкости сплавов.

В гл.4 была решена задача о возможности распространения полученных на модельных Ре-С результатов на промышленные углеродистые стали. Одновременно с этим в гл.4 была поставлена и решена практическая задача - как опираясь на данные о сегрегационном перераспределении примесных элементов в границы зерен углеродистых сталей оценить предельные сроки службы оборудования вспомогательных систем энерготехнологического назначения (систем транспортировки пара низкого давления, бойлеров, емкостей, сосудов, РОУ, РУ и т.п.), которые могут находиться как в неотапливаемых помещениях, так и на открытом воздухе. В результате исследований было показано, что в зависимости от условий эксплуатации, технологических и ремонтных операций, такое оборудование может быть разделено на две большие группы - ресурсозависимое, для продления срока службы которого за расчетные пределы, обязательно проведение полного комплекса неразрушающего контроля и обязательных испытаний на вырезках для определения фактических механических свойств, усталостных и коррозионных испытаний, проведения полного прочностного расчета и расчета остаточного ресурса - как это и принято в настоящее время; и ресурсонезависимое, для которого продление срока службы может осуществляться только по результатам неразрушающего контроля. Разделение оборудования на две группы позволяет для значительного числа сосудов, трубопроводов, емкостей отказаться от вырезок из оборудования образцов-свидетелей и проведения испытаний, что значительно ускоряет и упрощает решение задачи о продлении срока службы такого оборудования, снижает финансовые затраты при проведении подобных работ.

В гл. 5 проанализированы пути повышения эксплуатационной надежности материалов для вновь выпускаемого оборудования, предназначенного для работы в условиях Сибири и Крайнего Севера. Учитывая тот факт, что развитие зернограничных сегрегации в сталях является одной из основных причин охрупчивания сталей, были выполнены исследования, направленные на снижение уровня концентрации примесей в границах зерен. В гл. 3 показано, что в основном перераспределение примесных атомов в границы зерен происходит во время высокотемпературной (выше точки Ас3) обработки стали. Тепловые нагрузки, которые испытывает оборудование в ходе эксплуатации (ниже точки Ас\) приводит только к изменению формы концентрационной кривой сегрегации - постепенному перемещению атомов примесей из зернограничной области твердого раствора в тонкие поверхностные слои - переход формы сегрегации из неравновесного к равновесному состоянию. Но общая концентрация примеси зависит от высокотемпературных нагревов и, следовательно, снижение исходной концентрации примесей должно способствовать снижению абсолютного значения ее концентрации в границах зерен после эксплуатационных разогревов.

Была установлена взаимосвязь между содержанием фосфора в границах аустенитных зерен сталей и размерами этих зерен. Уменьшение размеров зерен с 3 до 9 баллов приводит к более чем двухкратному снижению концентрации в границах зерен примесных атомов (в слое 10 А эта величина изменяется от 38,8 до 18,6 ат. %). Таким образом задача повышения эксплуатационной надежности на первом этапе работ может быть сведена к уменьшению размеров наследственных аустенитных зерен в сталях. Эта задача была решена путем изменения режима термической обработки стали - замены нормализации на термоциклическую обработку. Было показано, на примере стали 20Л, что такая замена приводит к измельчению зерна стали с 5 до 10-11 балла, повышению пластичности с 19 до 24 % и трещиностойкости К\й при 233 К с 48 до 70 МПа-м1/2. При этом суммарная концентрация примесных атомов в границах аустенитных зерен существенно уменьшается с 24,3 до 11 ат. %.

Таким образом для оборудования, эксплуатация которого предполагается в условиях Сибири и Крайнего Севера в качестве меры повышения надежности и долговечности службы может быть предложена замена режима термической обработки углеродистых сталей с нормализации на ТЦО, режимы которой освоены на ряде предприятий Северо-Западного региона, следовательно, не потребуют значительных материальных и финансовых затрат на его внедрение.

Также в гл. 5 обсуждены иные способы повышения эксплуатационной надежности оборудования из углеродистых сталей, в частности, легирование и модифицирование углеродистых сталей.

На основании вышеизложенного по работе были сделаны следующие выводы:

1. Проведен анализ механизма развития зернограничных сегрегации в процессе термической обработки углеродистых и легированных сталей в диапазоне температур 473-1273 К и длительности времен от 0,5 до 1000 часов. Подтверждено единство сегрегационных процессов происходящих в этих материалах и уточнена роль зернограничных сегрегаций примесных элементов на формирование их механических и коррозионных свойств. Показано, что хотя зернограничные сегрегации примесных и легирующих элементов развиваются в границах как в ферритных, так и ау-стенитных зерен, все же наиболее опасными, с точки зрения снижения надежности безопасной эксплуатации оборудования, следует считать сегрегации атомов примесных элементов в границах зерен аустенита, где они достигают максимальных концентраций. Уточнены температурные области, в которых развитие зернограничных сегрегаций достигает максимальных значений.

2. Показано, что в углеродистых и легированных сталях образование зернограничных сегрегаций протекает в ходе высокотемпературной (выше точки Асз) термической обработки. Форма таких сегрегаций остается неравновесной то есть растянутой вглубь от границы зерна на значительные расстояния, составляющие сотни и тысячи межатомных параметров. В процессе низкотемпературного отпуска до температуры порядка 673 -723 К перераспределение примесных элементов происходит только за счет возникновения в границах зерен новых фаз и вытеснения примесей из участков границы, занятых этой фазой. При повышении температуры до 773 К и выше начинается интенсивное диффузионное перераспределение примесных атомов в приграничных областях твердого раствора, в результате чего форма сегрегации стремится к более равновесному состоянию. Роль легирующих элементов состоит в изменении скорости протекания сегрегационного процесса, изменения температуры зон их максимального развития. Показано, что легирующие элементы могут играть как положительную роль, тормозя развитие зернограничных сегрегаций, быть нейтральными по отношению к их развитию или играть отрицательную роль, ускоряя сегрегационные процессы .

3. Максимальные уровни концентрации атомов фосфора в границах наследственных - аустенитных зерен Ре-С сплавов достигаются при изотермических выдержках в диапазоне температур 823 - 873 К. В этой температурной области форма зернограничных сегрегации фосфора максимально приближается к равновесному состоянию - наиболее опасному с точки зрения их воздействия на механические свойства зернограничного твердого раствора и Ре-С сплавов в целом. В этом же диапазоне температур отмечается максимальная зернограничная концентрация атомов углерода.

4. Установлено, что максимальное развитие сегрегации атомов азота в границах зерен Ре-С сплавов приходится на температурный интервал 673 - 723 К. Насыщение границ зерен азотом, в основном, завершается в первые 30 - 60 минут изотермической выдержки, в дальнейшем процесс постепенно затухает. Максимальную склонность к образованию зернограничных сегрегации атомы кремния обнаруживают в диапазоне температур 873 - 973 К, что совпадает с температурными интервалами сегрегации углерода и фосфора. Атомы кремния в процессе зернограничной диффузии не склонны к образованию тонких сегрегационных слоев в границах зерен - а образуют пленообразные - растянутые на значительную глубину сегрегации. При превышении температуры изотермической выдержки до 823 - 873 К в зернограничном твердом растворе наблюдается расслоение кремниевой сегрегации на зоны с повышенным и пониженным содержанием кремния, что свидетельствует о появлении в границах зерен предвы-делений кремнистых фаз.

5. Показано, что атомы марганца в процессе изотермических выдержек в диапазоне температур 473 - 1073 К также могут влиять на сегрегационные процессы протекающие в Ре-С сплавах. Установлено, что максимальное содержание марганца в границах зерен Ре-С сплавов достигается при 873 К. Сегрегация марганца формируется по неравновесному механизму, что вероятно обуславливается его меньшей, по сравнению например, с атомами фосфора, подвижностью в а-твердом растворе. В ходе исследований подтверждена взаимосвязь сегрегации атомов фосфора и марганца, который стабилизирует фосфорную сегрегацию в границах зерен, препятствуя ее рассасыванию при нагревах сплавов в области температур, где наличие фосфорных сегрегации в сплавах не содержащих марганец не отмечено.

6. Установлено, что максимальное охрупчивающее воздействие в углеродистых и легированных сталях оказывают совместные сегрегации атомов фосфора и цветных металлов. Развитие зернограничных сегрегации этих элементов влияет на весь комплекс физико-химических и механических свойств Ре-С сплавов. Они снижают малоцикловую усталостную прочность, повышают переходную температуру хрупкости и ухудшают их коррозионную стойкость. Определено, что максимальное охруп-чивание и повышение температуры вязко-хрупкого перехода приходится на температурный интервал 823-923 К. Такие нагревы могут возникать в аппаратах низкотемпературной техники и оборудовании вспомогательных производств в ходе ремонтных - сварочных операций или не штатных перегревов металла, связанных с нарушениями технологического процесса, например, при восстановлении работоспособности систем фильтрации и катализа установок сжижения и очистки газов. Определение наличия и координат перегретых участков металла оборудования позволяет значительно уменьшить число зон контроля фактического состояния металла при выполнении инженерных методов оценки остаточного ресурса оборудования и параметров его безопасной эксплуатации.

7. При проведения работ по техническому диагностированию и экспертизе промышленной безопасности трубопроводов, сосудов и емкостей различного назначения с целью определения возможности продления срока их службы за пределы расчетного установлено, что все оборудование вспомогательных производств изготовленное из углеродистых сталей можно разделить на две группы.

Первая - ресурсо-зависимое оборудование с температурой эксплуатации 673-748 К, ресурс которого должен быть ограничен Правилами устройства и безопасной эксплуатации объектов ГГТН РФ. Для определения возможности продления срока службы данного оборудования требуется проведения полномасштабных исследований механических и коррозионных свойств металла, которые в ходе эксплуатации могли иметь значительные изменения, связанные с развитием в границах зерен сталей зерно-граничных сегрегации примесных атомов.

Вторая - ресурсо-независимое оборудование, температура эксплуатации которого не превышает 673 К. Срок службы данной группы может быть продлен далеко за пределы среднепаркового ресурса на основании анализа его фактического состояния неразрушающими методами без проведения механических испытаний и проведения прочностных расчетов.

8. Показано, что при нагревах длительностью в сотни тысяч часов, что соответствует - сроку службы оборудования, формирование равновесных сегрегаций в границах аустенитных зерен углеродистых сталей отмечается только при температурах эксплуатации 723-748 К, что соответствует температурам эксплуатации I группы оборудования. При эксплуатации оборудования в зоне температур 473-673 К роль зерногранич-ных сегрегаций в охрупчивании сталей не велика. Ответственным за снижение вязких свойств углеродистых сталей в этом случае является процесс концентрационного расслоения а-твердого раствора на зоны и повышенным и пониженным содержанием марганца. Однако, малая концентрация марганца в углеродистых сталях, а как следствие, относительно небольшие концентрационные перепады его содержания при расслоении твердого раствора, хотя и приводят к снижению запасов пластических и вязких свойств, все-таки оказываются недостаточными для катастрофического охрупчивания. Так оборудование изготовленное из углеродистых сталей и эксплуатируемое при температурах 473-673 К, сохраняет, нормируемый Правилами устройства и безопасной эксплуатации ГГТН РФ, запас ударной вязкости и уровень переходной температуры вязко-хрупкого перехода после эксплуатации в течение 1,5-2 среднепарковых ресурсов и после неразрушающего контроля фактического состояния основного металла и сварных соединений может быть вновь введено в эксплуатацию на расчетных параметрах.

9. Установлено, что сегрегации марганца в границах зерен сталей в отпущенном состоянии приводят к дополнительному охрупчиванию материала. Это связано с тем, что уже при температурах 623 К атомы марганца имеют возможность перемещаться на незначительные расстояния с образованием зон с повышенной и пониженной концентрацией. Причем увеличение концентрации марганца в этой зоне может превосходить его среднее содержание в стали более чем в десять раз, что приводит к частичной замене межатомных связей Мп=Мп на более слабые ковалентные, и как следствие, снижению когезии границ зерен; возникновению в границах зерен сложнонапряженного состояния связанного с разницей атомных радиусов атомов марганца и железа.

10. Подтверждена взаимосвязь между концентрационным уровнем развития зернограничных сегрегаций примесных атомов и, в первую очередь, атомов фосфора и размеров аустенитных зерен в стали. Показано, что при уменьшении размеров зерен суммарное содержание примесей в границах аустенитных зерен существенно снижается. С целью повышения хладостойкости и трещиностойкости вновь выпускаемого оборудования для Сибири и Крайнего Севера предложено заменить режим термической обработки углеродистой стали с нормализации на термоциклическую обработку. Замена нормализации на ТЦО позволяет снизить размеры аустенитных зерен с 5-6 балла до 9-11 баллов.

11. На основании проведенных исследований показано, что технология производства материалов на базе углеродистых сталей для оборудования, эксплуатируемого в условиях Сибири и Крайнего Севера, должна включать следующие операции:

- замену режима термической обработки стали с нормализации на термоциклическую обработку;

- модифицирование стали редкоземельными металлами и силикокаль-цием;

- микролегирование стали одним из элементов группы титана, ниобия или ванадия.

Введение этих технологических операций позволяет максимально измельчить наследственные зерна стали, очистить их границы от сегрегации вредных примесей, повысить сопротивляемость стали хрупким разрушениям, повысить их усталостные и антикоррозионные свойства.

1. РД 03-485-02. Положение о порядке выдачи разрешений на применение технических устройств на опасных производственных объектах. СПб, ЦОТПБСП, 2002, 7 с.

2. Федеральный закон № 116-ФЗ от 20.06.1997 г. «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». Сборник документов ГГТН РФ № 25, М., ГГТН РФ, 2001, с. 11-12.

3. Фролов К.В., Махутов H.A. Проблемы безопасности сложных технических систем. Проблемы машиностроения и надежности машин. 1992, 5, с.3-11.

4. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Войткун Ф. Материаловедение. М., Ми-СИС, 1999, 600 с.

5. Банных О. А. Изыскание безникелевых аустенитных сталей для работы при повышенных температурах. Автореф.на соиск.уч.ст.д.т.н. - М.: Имет им. Байкова, 1971. -44 с.

6. Завьялов A.C. Фазовые превращения в железоуглеродистых сталях. Л., Судпромгиз, 1948, 326 с.

7. Теплухин Г.Н. Термическое упрочнение низкоуглеродистой стали. Л.Б ЛДНТП, 1978, 21 е.

8. Сборник документов ГГТН РФ № 25. Часть 1 "Введение" М., ГГТН РФ, 2001, с. 4-6.

9. Установщиков Ю.И., Банных O.A., Природа отпускной хрупкости сталей. М., Наука, 1984, 239 с.

10. Королев Н. В., Колчин Г. Г., Ермаков Б. С. Опыт применения эмиссионного спектрального микроанализа для повышения надежности конструкционных материалов. Л.: ЛДНТП, 1987. - 29 с.

11. Гуляев А. П. Металловедение. -М.: Металлургия, 1977. 647 с.13. «Перечень оборудования опасных производств подлежащих обязательной сертификации». Приказ ГГТН РФ № 115 от 27. 08. 2001 г. Сборник документов ГГТН РФ № 25, М., ГГТН РФ, 2001, с. 13-49.

12. РД 03-484-02. Положение о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах. СПб, ЦОТПБСП, 2002, 9 с.

13. СП 111-10-58-01. Организация и проведение производственного контроля охраны труда и промышленной безопасности. М., МЗ РФ, 2001, 14 с.

14. Ермаков Б.С., Солнцев Ю.П. Межкристаллитная коррозия основной фактор ускоренного разрушения оборудования из аустенитных сталей. Балтийские металлы, 2000, 2, с. 18-21

15. Солнцев Ю.П., Степанов Г.А. Материалы в криогенной технике. Справочник. JI., Машиностроение, 1982, 314 с.

16. Солнцев Ю.П., Титова Т.И. Стали для Севера и Сибири. СПб, Химиз-дат, 2002, 351 с.

17. Солнцев Ю.П., Ермаков Б.С., Вологжанина С.А. Новые разработки кафедры технологии металлов и металловедения СПбАХПТ. Сб.трудов 5 семинара «Прочность материалов и конструкций при низких температурах». СПб, МАХ, 1999, с.3-12.

18. ПБ 03-440-02.Правила аттестации персонала в области неразрушаю-щего контроля. СПб, ЦОТПБСП, 2002, 42 с.

19. Ковчик С.Е., Морозов Е.М. Механика разрушения и прочность материалов. т. 2. Киев, Наукова Думка, 1988, 433 с.

20. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М., Машиностроение, 1981, 272 с.

21. Положение о Федеральном горном и промышленном надзоре России. СПб, ЦОТПБСП, 2002, 26 с.

22. РД03-418-01. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов. СПб, ЦОТПБСП, 2002,41 с.

23. Общий перечень документов, входящих в сборник руководящих документов по реализации Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» СПб, ЦОТПБСП, 2002,23с.

24. РД 34.17.439-96. Методические указания по техническому диагностированию и продлению срока службы сосудов, работающих под давлением. М., РАО ЕЭС, 1996, 37 с.

25. РД 34.17.435-95. Методические указания о техническом диагностировании котлов с рабочим давлением до 4 МПа. М., ГГТН РФ, 1995, 61 с.

26. РД 34.17.446-97. Методические указания по техническому диагностированию труб поверхностей нагрева паровых и водогрейных котлов с использованием магнитной памяти металла. М., РАО ЕЭС, 1998,42 с.

27. РД 10-369-00 Положение по проведению экспертизы промышленной безопасности паровых и водогрейных котлов, сосудов работающих под давлением, трубопроводов пара и горячей воды. М., ГГТН РФ, 2000, 91 с.

28. РД 03-29-93. Методические указания по проведению технического освидетельствования паровых и водогрейных котлов, сосудов работающих под давлением, трубопроводов пара и горячей воды. СПб, ЦОТПБСП, 2002,48 с.

29. Берков Ю.П., Дубровский В.М., Комлык М.Ю. Система диагностирования технического состояния газоперекачивающего оборудования. Химическое и нефтехимическое машиностроение. 1993, 11, с. 17-19.

30. Климин Г.С., Парасына A.C., Городничев A.A., Наумов П.А. Технические средства защиты и диагностики энергоустановок. Химическое и нефтехимическое машиностроение. 2000, 6, с.36-37.

31. ПБПРВ-88. Правила безопасности при производстве и потреблении продуктов разделения воздуха. М., ГГТН РФ, 1988, 37 с.

32. РД 10-400-01. Нормы расчета на прочность трубопроводов тепловых сетей. М., ГГТН РФ, 2001, 28 с.

33. Гриб В.В., Соколова А.Г., Еранов А.П., Давыдов В.М., Жуков Р.В. Анализ современных методов диагностирования компрессорного оборудования нефтегазохимических производств. Нефтепереработка и нефтехимия. 2002, 10, с.57-65.

34. Чижик A.A. Влияние различных факторов на сопротивляемость развитию трещины при высоких температурах. Труды ЦКТИ, JL, НПО ЦКТИ, 1979, №169, с.28-41.

35. Чижик A.A. Влияние различных факторов на сопротивляемость развитию трещин при высоких температурах. Труды ЦКТИ, JI., НПО ЦКТИ, 1979, №169, с.4-12.

36. Солнцев Ю.П., Викулин A.B. Прочность и разрушение хладостойких сталей. М.: Металлургия, 1995. - 256 с.

37. Георгиев М.Н. Вязкость малоуглеродистых сталей. М.: Металлургия, 1973.-224 с.

38. Анализ видов критических отказов. USA, FMBI, 2001, р. 14.

39. Директива 97/23 ЕС. Сосуды под давлением. Схема сертификации и промышленной безопасности. ЕС, 1997,р. 18.

40. Ермаков Б.С., Колчин Г.Г. Разрушение по межзеренной поверхности конструкционных сталей. Изв. АН СССР Металлы., 1989,4, с. 153-157.

41. Ермаков Б. С., Колчин Г. Г. Влияние химического состава на формирование структуры и свойства термически обработанных конструкционных сталей.-Л.: ЛДНТП, 1989.-23 с.

42. Махутов H.A., Москвичев В.В. Механика разрушения крупногабаритных конструкций. В кн. Вычислительные технологии. Новосибирск. ИВТ СО РАН, 1993, т.2, № 7, с.107-124.

43. Фролов К.В., Махутов H.A., Гусенков А.П. Развитие работ по созданию научных основ обеспечения надежности машин и конструкций. М., МНТК «Надежность машин», 1991, 126 с.

44. Фролов К.В., Махутов H.A., Хуршуров Г.Х. Развитие экспериментальных исследований напряжений для обоснования ресурса машин. В кн. Экспериментальные исследования напряжений в конструкциях. М., Наука, 2002, с.5-8.

45. Чертов В.М. Критерии разрушения: преимущества и различия. В кн. XIУ Петербургские чтения по проблемам прочности. 12-14 марта 2003 г. Сборник тезисов. СПб, 2003, 54-55 с.

46. Махутов H.A., Матвиенко Ю.Г. Подходы механики разрушения в концепции инженерной безопасности. В кн. Проблемы разрушения, ресурса ибезопасности технических систем. Красноярск, КОДАС-СибЭРА, 1997, с. 481-485.

47. Ветер В.В., Бетехтин В.И. К вопросу физико-химических процессов при циклическом деформировании поликристаллических материалов. В кн. Х1У Петербургские чтения по проблемам прочности. 12-14 марта 2003 г. Сборник тезисов. СПб, 2003, 141-143 с.

48. Rice J.R. F path-independent integral and approximate analysis of strain concentration by notches and cracks. J. Appl. Mech. 1986, 35, 2, p. 379-386.

49. Панасюк B.B. Механика квазихрупкого разрушения материалов. Киев, Наукова Думка, 1991,415 с.

50. Морозов Е.М. Двухкритериальные подходы в механике разрушения. Проблемы прочности, 1985, 10, с.103-110.

51. Слепцов О.И. Повышение технологической и эксплуатационной прочности сварных конструкций северного исполнения из низколегированных сталей. Автореферат на соискание ученой степени д. т. н., ДГУ, Ростов, 2000,51 с.

52. Ермаков Б.С., Ланин A.A., Колчин Г.Г., Чижик A.A. Влияние молибдена на временную зависимость и пороговые значения вязкости разрушения закаленных сталей. ФХММ, 1986, ;. С. 105-107.

53. Левин А.И., Большаков A.M., Прохоров В.А. Риск анализ эксплуатации газопроводов в условиях низких температур. Сб. трудов VI научно-технической конференции «Прочность материалов и конструкций при низких температурах». СПбГУНиПТ, СПб, 2000, с. 24-29.

54. Встовский Г.В. Учет изменения трещиностойкости при поверочных расчетах на прочность и оценке остаточного ресурса. Сб. трудов 111 научно-технической конференции «Прочность материалов и конструкций при низких температурах». СПбАХПТ, СПб, 1998, с. 30-32.

55. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М., Машиностроение, 1990,448 с.

56. Левин А.И. Хладостойкость и надежность трубопроводов Крайнего Севера. Автореферат на соискание ученой степени д.т.н. Институт физико-технических проблем Севера СО РАН, Якутск, 2002, 32 с.

57. Ларионов В.П., Слепцов О.И., Григорьев P.C. Характерные разрушения деталей машин металлоконструкций. ЯФ СО АН СССР, Якутск, 1988,33 с.

58. Сукнев C.B. Разработка новых подходов к решению задачи о прочности твердого тела в условиях концентрации напряжений. Автореферат насоискание ученой степени д.т.н. Институт физико-технических проблем Севера СО РАН, Якутск, 2001,34 с.

59. Шокин В.И., Москвичев В.В., Лепихин A.M. Вероятные модели технологической дефектности сварных соединений. Препринт ВЦ СО АН СССР. Красноярск; ВЦ СО АН СССР, 1988, 8, 20 с.

60. Лепихин A.M., Москвичев В.В. Базы данных по дефектности и характеристикам трещиностойкости в расчетах надежности сварных конструкций. Проблемы машиностроения и автоматизации. 1991, 5, с.85-89.

61. Seah М.Р., Hondors E.D. Grain boundary segregation. Proc. Roy.Soc. London A, 1973, v.335, N 1601, p. 191-212.

62. Lea C., Seah M.P., Hondors E.D. The intergranular fragility index an engineering materials parameter. Mater. Sci. Eng. 1980, v. 42, p. 233-244.

63. Установщиков Ю.И. Вторичное твердение конструкционных легированных сталей. М., Металлургия, 1982, 128 с.

64. Гликман Е.Э. Межзеренное разрушение металлов под действием поверхностно-активных примесей и расплавов. Автореферат на соискание ученой степени д.ф-м.н. М., МИСИС, 1980,45 с.

65. Станюкович А. В., Маслевцов А.В. Методика исследования роста трещин при высоких температурах. Труды ЦКТИ № 194. Л., НПО ЦКТИ, №194, с.38-42.

66. Станюкович А.В., Лапухина Н.С., Станюкович Б.А. Истинное сопротивление разрушению при испытаниях на длительную прочность и сопротивляемость развитию трещин. Труды ЦКТИ № 218. Л., НПО ЦКТИ, №218, с.51-57.

67. Акулов Л. А., Пахомов О. В. Методы и установки для получения сверхнизких температур. СПб.: СПбГАХПТ, 1995. - 59 с.

68. Ермаков Б.С., Козаченко А.В., Вологжанина С.А. Способ неразру-шающего контроля криогенных сосудов и трубопроводов. В кн. «Материаловедение, пластическая и термическая обработка металлов». СПб, Политехника, 2001, с.31-32.

69. Гликман Е.Э. К описанию межкристаллитной внутренней адсорбции примесей в металлических твердых растворах. В кн. Взаимодействие дефектов и свойства металлов. Тула, ТПИ, 1976, с.83-91.

70. Солнцев Ю.П., Ермаков Б.С., Вологжанина С.А. Перспективные направления низкотемпературного металловедения. Балтийские металлы. 2000, 5, с.16-17.

71. Bernardini J., Gas P., Hondros E.D., Seah M.P. The role of solute segregation in grain boundary diffusion. Proc. Roy. Soc. London A, 1982, v. 379, N 1776, p. 159-178.

72. Hondros E.D. The influence of P in dilute solid solution on the absolute surface and grain boundary energies of iron. Proc. Roy. Soc. London A, 1965, v. 286, N 1404, p. 479-498.

73. Диаграмма состояний двойных и многокомпонентных систем на основе железа. Справочник под ред. Банных О. А., Дрица М. Е. М.: Металлургия, 1986.-439 с.

74. Китель Ч. Введение в физику твердого тела. М., Наука, 1978, 790 с.

75. Guttmann М. Grain boundary segregation, two dimensional compound formation and precipitation. Met. Trans. 1977, 8, N 9, p. 1383-1403.

76. Guttmann M., Mc Lean D. Interfacial segregation. Proc. ASM. Material science seminar. Ed. By BJ Jonson, Bhakely J. M. Metal. Part. OU, 1979.

77. Guttmann M, Dumoulin Ph., Wayman M. The thermodynamics of interactive co-segregation of phosphorus and alloying elements in iron and temper-brittle steels. Met. Trans. 1982, v. A13, N 10, p/1693-1711.

78. Журавлев Jl.Г., Штейнберг М.М., Кирель А.А. Исследование структуры и свойств стали после закалки и кратковременного отпуска. Труды ЧПИ № 245. Челябинск, ЧПИ, 1980, № 245, с. 88-96.

79. Утевский Л. М., Гликман Е. Э., Карк Г. С. Обратимая отпускная хрупкость стали и сплавов железа. М.: Металлургия, 1987. - 222 с.

80. Буравлев Ю. М., Рудиевский Н. К., Грик И. А. Спектральный анализ металлов и сплавов. Киев: Техника, 1976. - 190 с.

81. Tanaka Hideki, Kondo Nobuhiro, Fujita Kouzou и др. Superession of cryogenic intergranular fracture through heat treatments and roles of born in hagh manganese non-magnetic steels. ISIS International, 1990, 30, № 8. P. 646.

82. Козаченко A.B., Ермаков B.C., Вологжанина C.A. О влиянии примесных элементов на стойкость сталей 08X18Н(11-13)Т против МКК. Вестник УГТУ-УПИ 1999, 1, с.49-50.

83. Ермаков Б.С., Волопканина С.А., Солнцев Ю.П., Козаченко А.В. Влияние фосфора на низкотемпературные свойства стали 12Х18Н12Т в условиях межкристаллитной коррозии. Изв. ВУЗов. Черная металлургия, 2000, 1, с.50-53.

84. Verohan L., Godes В. Vpliv silicija yf izbosanje korozijske odpornosti j eklenih litin. Kov, Zlit. Technol., 1996,30, № 3-4. C. 245-250.

85. Briant C.L. The effect of Ni, Cr and Mn on P segregation in low alloy steels. Scr. Met. 1981, v. 15, N 9, p. 1013-1019.

86. Металлы. Справочник // Пер. с англ. / Под ред. Ю. П. Солнцева. СПб: ФГУП УКБ МТ «Рубин», 2000. - 614 с.

87. Богачев И. Н., Каракишев С. Д., Литвинов В. С. и др. Влияние никеля и хрома на магнитные и кристаллографические превращения в железо-марганцевом аустените // ФММ, 1979, 6. С. 1294-1296.

88. Протопопов О. Д. Оже-спектроскопия в применении к исследованиям поверхности сложных эмиттеров. М.: Ин-т электроники, 1970. 79 с.

89. Штремель М. А. Зернограничное разрушение стали // МиТОМ, 1988, 11.-С. 2-14.

90. ПБ 03-246-98 Правила проведения промышленной экспертизы. Постановления ГГТН РФ. № 64, 1998, 7 с.

91. Hordros E.D., Seah M.P., Lea С. Grain boundary segregation of phosphorus and alloying elements. Metals and Materials. 1976, January, p. 26-28

92. Leroy V., Graas H., Emond C., Habraken 1. Memories sientifiques de la Revue de Metallurgie, 1976, t. 73, N 10, p. 589-609.

93. Атомная структура межзеренных границ. М., Мир, под ред. Орлова А.Н., 1987, 290 с.

94. Гудремон Э. Специальные стали. Т.2, М., Металлургия, 1966, 1279 с.

95. Ермаков Б.С. Теоретический и экспериментальный анализ магнитных, фазовых превращений и свойств аустенитностабильных криогенных сталей. Дисс. на соиск. ученой степени д.т.н. СПб, СПбГУНиПТ, 2000,352 с.

96. Granjon H., Rapport de synthese sur les sais de fissuration. Sousnage et techniques connexes. 1979, v. 83, n 9\10, p. 919-924.

97. Волынова Т.Ф. Высокомарганцовистые стали и сплавы. M., Металлургия, 1988, 343 с.

98. Фрактография и атлас фрактограмм. Справочник под ред. M.JI. Берн-штейна. М., Металлургия, 1982,489 с.

99. Erhart H., Grabke H.J. Equilibrium segregation of phosphorus at Fe-Cr-P and Fe-Cr-C-P alloys. Metal science. V/15, sept. 1981, p. 401 -409.

100. Коваленко B.C. Металлографические реактивы. M., Металлургия, 1981,120 с.

101. Садананда К., Марцинковский М. Единая теория большеугловых границ . Структура границ. 4.1. В кн. Атомная структура межзеренных границ. М, Мир, 1978, с. 55 85.

102. Гюйо П., Симон Ж. Расчет энергии симметричных большеугловых границ в алюминии и литии. В кн. Атомная структура межзеренных границ. М., Мир, 1978, с. 140-153.

103. Харт Э. Фазовые переходы на границах зерен В кн. Атомная структура межзеренных границ. М., Мир, 1978, с. 243-258.

104. Guttmann M. Grain bondary segregation, two dimensional compound Formation, and precipitation. Metallurgical transaction. A. V.8A, September, 1977, p. 1383-1401.

105. Саррак В.И., Филиппов Г.А., Чижевская О.Н., Литвиненко Д.А. Адсорбция фосфора на границах зерен аустенита и склонность закаленной стали к задержанному разрушению. ФММ, 1979, т.48, с. 1262-1270

106. Стрижало В.А. Циклическая прочность и ползучесть металлов при малоцикловом нагружении в условиях низких и высоких температур. Киев, Наукова думка, 1978,238 с.

107. Лихтман В.И., Ребиндер П.А., Карпенко Г.А. Влияние поверхностно-активной среды на процесс деформирования металлов. М., АН СССР, 1964,207 с.

108. Uhligh Н.Н., Ргос. Conf. Fundamental aspect of stress-corrosion craking. Ohio, state Univ. Dep. Met. Eng. Hauston, 1969, p. 86 -91.

109. Архаров В.И. О межкристаллитной внутренней адсорбции и хрупком разрушении по границам зерен. В кн. Физика хрупкого разрушения. Киев, Наукова думка, 1976, ч.11, с. 44-57.

110. Schumann Н. Uber die Ursachen der Versprodung austenitescher Manganstahle. Neue Hutte, 1962, 12, s. 735-742.

111. Богачев И.Н., Еголаев Л.Ф. Структура и свойства железо-марганцевых сплавов. М., Металлургия, 1973, 295 с.

112. Садовский В.Д. Итоги дискуссии по отпускной хрупкости. МиТОМ, 1957,6, с.24-42.

113. Утевский Л.М. Отпускная хрупкость стали. М., Металлургиздат, 1961,190 с.

114. Архаров В.И., Ивановская С.И., Колесникова Н.М., Фафанова Т.А. О механизме влияния фосфора на отпускную хрупкость стали. ФММ, 1956, т.2, 1, с.57-65.

115. Мак Лин Д. Границы зерен в металлах. М., Металлургиздат, 1960, 322 с.

116. Woodfine B.C. Temper-brittleness: A critical review of the literature. J. Jron and Steel. Inst. 1953, v. 173, h. 229-255.

117. Архаров В.И., Константинова Т.Е. Природа обратимой отпускной хрупкости в сталях 35ХГСА и 12ХНЗА. ФММ, 1974, т.38, 1, 169-175.

118. Guttmann М. The link between equilibrium segregation and precipitation in ternary solutions exhibiting temper embrittlement. Metal Sci., 1976, 10, p. 337-341.

119. Zhou Y. -X., Fu S.-C., McMahon C.J. Observation of the effect of temperature and crystallographic orientation on surface segregation in Fe-Si-Sn-C alloy. Met. Trans., 1981, v. A12, 6, p. 959-964.

120. Guttmann M. Equilibrium segregation in a ternary solution: f model for temperembrittlement. Surface, Sci. 1975, V. 53. P. 213-227.

121. Ермаков Б.С., Ланин А.А. , Колчин Г.Г. Особенности зерногранично-го разрушения закаленных Cr-Ni-Mo сталей. Известия АН СССР. Металлы, 1988, 1, с. 107-111.

122. Романив О.Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей. М.: Металлургия, 1979. - 176 с.

123. Романив О.Н., Андрейкив А.Е., Кукляк Н.П. Об одном методе оценки конструктивной прочности сталей, работающих на кручение // Проблемы прочности, 1978, № 9. С. 74-77.

124. Романив О.Н., Крыськив А.С. Использование критериев механики разрушения для оценки хладноломкости сталей // ФХММ, 1981, № 5. С. 40-51.

125. Титова Т.И., Каган Э.С., Семернина И.Ф. Исследование служебных свойств и свариваемости биметалла нового поколения повышенной прочности и хладостойкости производства ОАО «Ижорские заводы» // Вопросы материаловедения, № 3 (27), 2001. С. 73-76.

126. Штремель М.А. Проблемы металлургического качества стали (неметаллические включения) // МиТОМ, 1980, № 8. С. 2-6.

127. Одесский П.Д. Стали для строительных металлических конструкций в северном исполнении. В кн.: Прочность и разрушение сталей при низких тем пертурах. - М.: Металлургия, 1990. - С. 19-25.

128. Евсеев П.П., Жиркин Ю.Н. Влияние модифицирования редкоземельными металлами на свойства стали 18ХН2МФА для шарошек буровых долот // МиТОМ, 1985, № 9. С. 30-32.

129. Королев Н. В., Рюхин В. В., Горбунов С. А. Эмиссионный спектральный микроанализ. — Л.: Машиностроение, 1971.-214 с.

130. Королев Н. В., Колчин Г. Г., Подуст А. Н. Установка для электроразрядного спектрального микроанализа и ее применение. В кн.: Машиностроению прогрессивную технологию и высокое качество деталей. -Тольятти: ТПИ, 1983.-С. 16-17.

131. Волчек И.П. Влияние распределения неметаллических включений на свойства стали//ФХММ, 1983, №6.-С. 104-106.

132. Тюркдоган Е.Т. Раскисление и десульфурация в ковше и неметаллические включения в стали теоретические основы и практические наблюдения. - М.: Металлургия. 1987. - С. 68-99.

133. Leger М.Т., Aymard j.p. influence de différents residuels Sn, Zr, Pb dans ba fabrication de Taciex moule. Fonderie. Fondeur aujord'hul, 1986, № 58. P. 44-45.

134. Солнцев Ю.П., Андреев A.K., Гречин Р.И. Литейные хладостойкие стали. М.: Металлургия, 1986. - 176 с.