Metallographic and Mechanical Studies of a Cast Heat-Resisting Alloy

Abstract

A heat-resistant steel tube from an ammonia plant made of modified HP40 steel that failed after short-term service is studied for damage mechanism. The assessment of material degradation is carried out using optical microscopy, scanning electron microscopy in combination with energy dispersive spectroscopy analysis, x-ray diffraction analysis, and mechanical tests. Results show that precipitation of the chromium-rich carbides induces the coalescence of grain boundaries. Significant growth and poor distribution of secondary carbides are also noticed through the matrix, which lead to a reduction of material ductility even after a short-term service. The main cause of failure appears to be damaged catalyst. Such a problem can cause a rise in temperature leading to localized overheating in the lower part of the tube. Overheating is primarily responsible for significant degradation in microstructure, creep strength, and mechanical properties of the tube.Key words: heat-resistant steel, carbide, damage mechanism, overheating, creep.Для встановлення механізму руйнування було вивчено виготовлену з мо-дифікованої жароміцної сталі НР40 трубу з аміячного заводу, що вийшла з ладу після короткотермінового використання. Вивчення деґрадації ма-теріялу було проведено за допомогою оптичної та сканівної електронної мікроскопій у комбінації з енергодисперсійною спектроскопічною аналі-зою, рентґенодифракційними дослідженнями та механічними випробу-ваннями. Встановлено, що виділення насичених Хромом карбідів викли-кає коалесценцію меж зерен. Також встановлено істотне зростання та ро- Ключові слова: жароміцна сталü, карбід, механізм пошкодження, пере-грів, плазучістü.Для установления механизма разрушения бûла изучена изготовленная из модифицированной жаропрочной стали НР40 труба с аммиачного завода, вûшедшая из строя после кратковременного исполüзования. Èзучение деградации материала бûло проведено с помощüю оптической и сканиру-ющей электронной микроскопий в комбинации с энергодисперсионнûм спектроскопическим анализом, рентгенодифракционнûми исследовани-ями и механическими испûтаниями. Óстановлено, что вûделение насû-щеннûх хромом карбидов вûзûвает коалесценцию границ зёрен. Также установлено существенное увеличение и разрежённое распределение вто-ричнûх карбидов в матрице, что приводит к снижению пластичности ма-териала даже после кратковременного исполüзования. Îсновной причи-ной вûхода труб из строя является повреждённûй катализатор. Эта про-блема может вûзватü повûшение температурû, что приводит к локалüно-му перегреву в нижней части трубû. Èменно перегрев, в первую очередü, ответственен за существеннûе деградацию микроструктурû, ухудшение границû ползучести и механических свойств трубки.Ключевые слова: жаропрочная сталü, карбид, механизм повреждения, перегрев, ползучестü.

Fractographic Analysis of Castings from Al-Si Alloy Produced by Low-Pressure Casting

“…Many of experiments have described several additive (alloying) elements such as Ni, Cr, Mg, Mn, Zn, which significantly contribute to improving the mechanical properties, both at normal and elevated temperatures, corrosion resistance, etc. [4][5][6][7][8][9]. The second group of elements, which, on the contrary, harm the properties of Al-Si alloys are so-called admixtures.…”