2 14 Stale niskostopowe, pełzanie (v4)


STALE NISKOSTOPOWE
DO PRACY PRZY PODWYŻSZONYCH
TEMPERATURACH
IWE III
4 godz.
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 1
Własności decydujące o pracy w
wysokich temperaturach:
Re=f(T)
wytrzymałość na pełzanie
odporność na korozję
odporność na utlenianie
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 2
PEAZANIE MATERIAAÓW NA KONSTRUKCJE SPAWANE
Stale niskostopowe bez gwarantowanej wytrzymałości
czasowej stosować można do 350oC
Stale niskostopowe przeznaczone do pracy w
podwyższonych temperaturach  do 600oC
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 3
ODKSZTAACENIE PLASTYCZNE WYWOAANE DZIAAANIEM STAAEGO NAPRŻENIA
JEST W TEMPERATURACH PODWYŻSZONYCH DODATKOWO FUNKCJ CZASU.
PEAZANIE  zjawisko
powolnego wzrostu
odkształcenia zachodzące w
metalach poddanych stałemu
obciążeniu
Rodzaje pełzania:
1. niskosprężyste,
2. niskotemperaturowe,
3. wysokotemperaturowe,
4. dyfuzyjne.
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 4
1. Pełzanie niskosprężyste
Odkształcenia występują przy małych
naprężeniach
 przemieszczenia atomów
międzywęzłowych w dogodniejsze
miejsca z punktu widzenia
energetycznego
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 5
2. Pełzanie niskotemperaturowe
T<0,5 Tt i działanie małych naprężeń
�
"�
2
�0
1
t
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 6
Zakres 1: zwolnienie szybkości odkształcenia wskutek umocnienia przez zgniot;
powoduje to wzrost ilości dyslokacji i blokowanie ich ruchu w płaszczyznach poślizgu.
Zakres 2: włącza się drugi mechanizm  odblokowania odkształcania poprzez
uruchomienie części zródeł dyslokacji wskutek drgań cieplnych atomów w sieci
krystalograficznej.
Pełzanie niskotemperaturowe nazywane jest czasem pełzaniem logarytmicznym,
gdyż w zakresie 1:
ą
d� ą
ą
�" dt
=
d� = �" dt
+"d� = +"
t
dt t
t
� = ą �"ln t + C
gdzie: ą, C  stałe
Cechą charakterystyczną pełzania niskotemperaturowego jest przyrost odkształcenia "� 
jako skutek pełzania  jest mały w stosunku do �o.
"�~1%
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 7
3. Pełzanie wysokotemperaturowe
T>0,5Tt duże �
�
"�>>�0
"�~30�0
�0
1
23
t
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 8
1. maleje d�/dt
2. d�/dt=const - równowaga pomiędzy efektami umocnienia
odkształceniowego a osłabieniem wywołanym procesami nawrotu
(rekrystalizacji) ze względu na dość wysoką temperaturę.
3. d�/dt rośnie  w materiale powstaje szyjka lub otwierają się wewnątrz
przekroju pęknięcia
w zakresie 1
d�1
�1 = �0 + � �"tn
= n �" � �"tn-1
dt
�0  odkształcenie początkowe,
d�
t " 0
t  czas
dt
�, �, C, n  stałe
n= ź - 2/3 , najczęściej n=1/3
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 9
w zakresie 2:
�2 = � �"t + C
d�2
= �
dt
�
� = �0 �"exp(-Q / k �"T )
�=30MPa
Q  energia aktywacji pełzania
niezależna od �, jeśli �<10-3G,
25MPa
Q=QSD  energia samodyfuzji,
C, N  stałe N=3 -5
N
�0 = C �"�
20MPa
d�2
N
= � = C �"ż �"exp(-QSD / kT )
dt
t
Bardzo silna zależność od � !!!
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 10
Charakterystyka uszkodzeń strukturalnych w czasie pełzania
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 11
4. Pełzanie dyfuzyjne
Przebiega dla T ~Tt.
Duże stężenie wakansów zapewnia szybki przebieg samodyfuzji.
Najbardziej interesujące z punktu widzenia praktyki jest pełzanie wysokotemperaturowe.
Celem działań spawalnika jest zwiększenie wytrzymałości na pełzanie lub zmniejszenie szybkości
pełzania (szybkości odkształcania).
Dokonuje się tego przez:
-umocnienie stopu i zahamowanie procesu nawrotu  praktycznie stosuje się obróbkę plastyczną
na zimno lub utwardzenie dyspersyjne. Można stosować dwie powyższe metody.
Decydujący wpływ na pełzanie mają fazy obce  są to przeszkody utrudniające ruch dyslokacji.
Maksymalny efekt uzyskuje się dla małych wydzieleń dyspersyjnych o dużej wartości modułu
sprężystości poprzecznej G i stabilności w wysokich temperaturach. Najmniejszą szybkość
pełzania uzyskuje się dla wydzieleń o odległościach w zakresie 200  2000 średnic atomowych
osnowy. Należy stosować wydzielenia o dużej koherencji z osnową, to jest o parametrze sieci
zbliżonym do osnowy.
Przykładem jest stop NiMo NiC z fazami utwardzającymi Ni3Al, której parametr sieci różni się o
0,5% od parametru sieci osnowy.
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 12
Temperatura krytyczna
Do oceny charakterystyki stali w temperaturach podwyższonych stosuje się wskazniki:
" R1/100000  umowna granica pełzania  naprężenie odniesione do przekroju początkowego,
prowadzące do powstania odkształcenia plastycznego 1% po 100 000h
" Rz/100000  Czasowa wytrzymałość na pełzanie  naprężenie odniesione do przekroju początkowego,
prowadzące do zerwania próbki po 100 000h.
" stosuje się też inne okresy 10 000 lub 200 000h
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 13
Próby pełzania materiałów
Dokładność
pomiarów:
T = 10C
"L=0,01mm
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 14
Wpływ składników stopowych:
Cr  głównie zwiększa odporność
na utlenianie, tworzy szczelną
warstwę tlenkową
zabezpieczającą przed dalszym
utlenianiem, zwykle Cr<3%,
Oraz wytrzymałość na pełzanie
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 15
Mo  zwiększa odporność na pełzanie w
zakresie 400-6500C, podwyższa
wytrzymałość na rozciąganie, zmniejsza
wrażliwość na przegrzanie i utlenianie,
zapewnia uzyskanie struktury
drobnoziarnistej, zwykle Mo<1%,
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 16
V  działa podobnie jak Mo ( może zastępować Mo).
Wpływ Mn
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 17
W stalach Cr-Mo-V wydzielają się węgliki typu: MC, Mo2C, M3C, M6C, M7C3, M23C6 w dwojaki
sposób:
-wydzielanie in situ  w sieci cementytu - stopniowe zastępowanie Fe przez pierwiastek stopowy
-zarodkowanie niezależne  wzrost węglików związany jest z rozpuszczaniem M3C  powstają węgliki
nierównowagowe  towarzyszy temu utwardzenie dyspersyjne.
Wpływ węglików na własności:
-im większe cząsteczki węglików tym mniejszy ich wpływ na wytrzymałość,
-Wydzielenia węglików płytkowych dają mniejszą plastyczność niż węgliki sferoidalne,
-Wydzielenia węglików na granicach ziaren powodując kruchość.
Zawartość pierwiastków węglikotwórczych zależna jest od ilości węgla w stali.
Optymalny stosunek V/C=3,18
Dla V/C>3,7 nie obserwuje się umocnienia stali,
Dla V/C<3 zmniejsza się efekt twardości wtórnej (po odpuszczaniu w niektórych temperaturach),
Wzajemne oddziaływanie Cr, Mo, V jest bardzo złożone. Szczególnie Mo wpływa na modyfikację
powyższych proporcji.
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 18
Kruchość odpuszczania w stalach Cr-Mo
Może się również przydarzyć podobnie jak w innych stalach niskostopowych. Może się to
uwidocznić w czasie eksploatacji w temperaturze 370-570C. Gwałtownie spada udarność
skutkiem wpływu składu chemicznego i obróbki cieplnej. Możliwa jest segregacja
składników śladowych.
Dla oceny skłonności do takiej kruchości można stosować kryterium Bruscato:
10P + 5Sb + 4Sn + As
X =
100
Gdzie składniki podaje się w ppm
Stal jest skłonna do kruchości, gdy X<=20
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 19
Rodzaje struktur stali:
-Ferrytyczne:
przykłady stali:
-Mo, Temperatura pracy<5000C
Molibdenowe: 16M
-Cr-Mo, teperatura<500  5500C
Molibdenowo  wanadowe: 20 MF
-Cr-Mo-V, teperatura do 6000C
Chromowo  molibdenowo  wanadowe: 12HMF, 13HMF,
-Martenzytyczne
Chromowo  molibdenowe: 15HM, 34HM, 10H2M
-Cr+Mo+V+Nb, głównie Cr=8-13%,
Chromowo  niklowo  miedziane:
temperatura pracy<6300C, struktura
18CuNMT (rury cienkie),
martenzytyczna uzyskiwana jest przy
18CuNMT (blachy na walczaki)
chłodzeniu w spokojnym powietrzu
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 20
Zastosowanie:
Wykorzystywane w przemyśle:
" energetycznym
" chemicznym
" petrochemicznym
Jako materiał na:
" walczaki
" rurociągi
" turbiny
" kotły  12MPa, temp. do 580OC
" zbiorniki ciśnieniowe
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 21
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 22
Stale stopowe dla przemysłu energetycznego wg PN-75/H-84024
Znak stali Zawartość, %
C Mn Si P, maks. S, maks. Cr Ni Mo V Inne Wyrób

16M& .....& & & 0,040 0,040 maks. 0,30 maks. 0,35 Cu maks. 0,25 rury bez szwu, pręty, odkuwki
0,12�0,20 0,50�0,80 0,15�0,35 0,25�0.35
maks. 0,30 
0,25�0,40 Cu maks. 0,30 blachy
20M..& ..& & & . 0,17�0,23 0,80�1,10 0,15�0,35 0,045 0,045 maks. 0,30
15HM& & & .& . 0,040 0,040 maks. 0,35 
0,11�0,18 0,40�0,70 0,15�0,35 0,70�1,00 0,40�0,55 Cu maks. 0,25, rury bez szwu, blachy, pręty,
Al met. maks. 0,020 odkuwki

20MF...& & & & maks. 0,30 0,040 0,040 maks. 0,30 0.50�0,70 0,25�0,35  blachy, pręty, odkuwki
0,15�0,22 0,40�0,60
0,035 0,030 maks. 0,30 
34HM& & .......... 0,30�0,38 0,40�0.70 0,15�0,35 0,90�1,20 0,25�0,40  tarcze kierownicze i wały turbin
0,030 0,030 maks. 0,30 
10H2M............... 0,08�0,15 0,40�0,60 0,15�0,50 2,00�2,50 0,90�1,10 Cu maks. 0,25 rury bez szwu, pręty, odkuwki
maks. 0,25
0,030 0,030 0,25�0,40 0,15�0,35 Cu maks. 0,25 rury bez szwu, pręty, odkuwki
12HMF............... 0,08�0,15 0,40�0,70 0,15�0,40 0,90�1,20
0,040 0,040 maks. 0,30
13HMF............... 0,10�0,18 0.40�0,70 0,15�0,35 0,30�0,60 0,50�0,65 0,22�0,35 Cu maks. 0,25 rury bez szwu, blachy, pręty,
odkuwki
0,030 0,025 maks. 0,30
15HMF............... 0,12�0,19 0,40�0,70 0.17�0,37 1,20�1,60 0,90�1,10 0,25�0,35 Cu maks. 0,30 pręty, odkuwki, rury bez szwu
0,035 0,035
21HMF............... 0,17�0,25 0,30�0,50 0,30�0,60 1,20�1,50 maks. 0,60
1,00�1,20 0,25�0,35  pręty odkuwki
maks. 0,50 maks. 0,35 0,030 0,030 maks. 0,50
20HMFTB& .& .. 0,17�0.24 0,90�1,40 0,80�1,10 0,70�1,00 Ti 0,05�0,12, odkuwki, pręty
B 0,005 obliczeniowe
23H2MF& & & .. 0,025 0,025 maks. 0,40
0,21�0,29 0,30�0,60 0,25�0,50 1,50�1,80 0,90�1,10 0,22�0,32 Cu maks. 0,20 odkuwki
0,030 0,030
24H2MF& & .& . 0,20�0,30 0,50�0,80 0,17�0,37 2,10�2,50 
0,90�1,20 0,30�0,60  pręty, odkuwki
0,035 0,035 maks. 0,30
26H2MF ............ 0,22�0,30 0,30�0,60 0,30�0,50 1,50�1,80 0.60�0,80 0,20�0,30 Cu maks. 0,25 pręty, odkuwki

0,040 0,030 2,75�3,25 0,30�0,40  odkuwki
32HN3M& ......... 0,28�0,35 0,30�0.60 0,17�0,37 0,60�0,90
0,030 0,030 
34HN3M............ 0,30�0,40 0,50�0,80 0,17�0,37 0,70�1,10 2,75�3,25 0,25�0,40 Cu maks. 0,15 odkuwki
maks. 0,60 maks. 0,50 0,030 0,025 maks. 0,60
15H11MF........... 0,11�0,18 10,0�12,0 0,50�0,70 0,25�0,40  blachy, pręty, odkuwki
maks. 0,60 0,030 0,035 0,50�1,00 0,86�1,10 0,20�0,45 łopatki turbin
17H11MFNb& .. 0,15�0,21 0.60�1,00 10,0�11,5 Nb 0,20�0,45
maks. 0,40 0,030 0,030
15H12WMF& & 0,12�0,18 0,50�0,90 11,0�12,5 0,40�0,80 0,50�0,70 0,15�0,30 W 0,70�1,10 blachy, pręty, odkuwki

maks. 0,20 0,040 0,040 maks. 0,30 1,00�1,20 0,25�0,35 blachy na walczaki kotłów wysoko-
18CuNMT....& .. 0,70�1,90 0,30�0,50 Cu 0,9�1,2,
prężnych
Ti 0,03�0,05,
Mn+Ni 1,8�2.1
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 23
Stale do pracy w podwyższonych temperaturach wg EN 10028-2
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 24
Metody spawania:
MMA (ręczne elektrodami), elektrody zasadowe
TIG (warstwy graniowe rur, spawanie jednostronne)
MIG/MAG
SAW (łukiem krytym)
TIG/MMA
TIG/MIG/MAG
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 25
Wymagania stawiane przy
spawaniu:
podgrzewanie wstępne
zastosowanie odpowiedniej energii liniowej
utrzymywanie temperatury międzyściegowej
wyżarzanie po spawaniu (odprężanie z odpuszczaniem) ze
względu na strukturę martenzytyczną lub bainityczną,
Dobór materiałów dodatkowych:
- Skład stopiwa podobny do MR (zapobieganie dyfuzji) lecz
przy mniejszej zawartości C (nie mniej niż 0,07%C)
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 26
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 27
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 28
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 29
Zjawisko kruchości w temperaturze 4750C
Odpuszczanie hartowanej stali Cr-Mo-V na turbiny parowe 26H2MF w zakresie
T=300-4500C powoduje spadek udarności i zwiększenie udziału przełomu pęknięcia
transkrystalicznego-łupliwego.
Jest to skutek wydzielania dużych płytek węglika M3C o ułożeniu pasmowym,
głównie na granicach blizniaków i igieł martenzytu. W zakresie 200-4500C zachodzi
przemiana austenitu szczątkowego, której produktem jest składnik strukturalny o
charakterze bainitycznym z wydzieleniami węglików M4C w układzie
Widmannstattena.
Przy odpuszczaniu w T=500-6000C w ciągu 5h występuje twardość wtórna
wywołana powstawaniem V4C3.
Dopiero odpuszczanie w T>6000C następuje intensywny spadek twardości i wzrost
udarności wywołany zanikaniem koherencji węglików V4C3 oraz poligonizacją
ferrytu.
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 30
Twardość wtórna
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 31
Wpływ rodzaju obróbki cieplnej po spawaniu na udarność
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 32
Temperatura wstępnego podgrzewania:
T0 = 1600�" PH - 408
Hd - wodór dyfundujący
RF  współ. utwierdzenia
PH = PCM + A�"log Hd + K �" RF
Si Mn + Cr + Cu Ni Mo V
PCM = C + + + + + + 5B
30 20 60 15 10
Wyżarzanie po spawaniu:
T=550� 7500C t E" 2 godz. wt E" 2000C/godz.
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 33
Minimalne temperatury podgrzania wstępnego i temperatury międzyściegowe
dla niektórych gatunków stali do pracy w podwyższonych temperaturach.
Minimalna temperatura podgrzania i
Maksymalna
Grubość międzyściegowa [0C]
temperatura
Gdzie: * - nie znajduje
Gatunek stali g
międzyściegowa
[mm] zastosowania,
Stopień skali HD
[0G]
D C A
1) - metoda spawania z
przemianą martenzytyczną,
g 15 20 20 100
d"
podczas której temperatura
75 75 100
16M(0,3Mo) 15d"
podgrzania jest niższa od
75 100 *
g>30
temperatury początku przemiany
15HM
g 15 20 100 150
d"
martenzytycznej Ms,
(1Cr 1/2Mo 300
g>15 100 150 *
11/4Cr1/2Mo)
2) - metoda spawania w
g 15 100 150 * zakresie austenitu. Temperatura
13HMF d"
300
(1/2Cr1/2Mo)
g>15 100 200 *
podgrzania jest wyższa od
temperatur Ms, a złącze po
g 15 75 150 200
10H2M d"
350
zakończeniu spawania a przed
(21/4Cr1Mo)
g>15 100 200 *
obróbką cieplną musi ostygnąć do
5Cr1/2Mo
temperatury poniżej Ms, po to aby
7Cr1/2Mo wszystkie 150 200 * 350
zaszła przemiana martenzytyczna.
9Cr1Mo
150
g 8 * * 3001)
d"
12CrMoV 2001)
g>8 * * 4502)
3502)
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 34
Korozja wodorowa
w przemyśle rafineryjnym i petrochemicznym
Procesy:
-odwęglania powierzchniowego,
-odwęglenia wewnętrznego,
powodującego pękanie (korozja
wodorowa)
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 35
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 36
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_14 37


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
2 14 Stale niskostop pelzanie
2 12 Stale o wysokiej wytrzymałości (v4 )
2 16 Stale Cr Ni (v4)
2 19 stale stop zarowytrz (v4 )
2 09 Stale drobnoziarniste (v4)
2 13 Stale niskotemper (v4)
T 14
Rzym 5 w 12,14 CZY WIERZYSZ EWOLUCJI
ustawa o umowach miedzynarodowych 14 00
990425 14
foto (14)
DGP 14 rachunkowosc i audyt

więcej podobnych podstron