Study of Structural-Phase State and Internal Stresses in Zones of Deformation Localization of Heat-Resistant Steel Samples

Abstract

Аннотация. Методом электронной микроскопии исследовали металлические образцы поврежденных и бывших в эксплуатации фрагментов паропроводов, изготовленных из теплоустойчивой стали марки 12Х1МФ, после деформации до образования зон устойчивой локализованной макродеформации. Исследовали не эксплуатированные образцы, образцы после эксплуатации без повреждений, а также образцы после разрушения в результате длительной эксплуатации. Для каждого образца был определен фазовый состав (качественный и количественный); рассчитаны следующие структурные параметры: объемные доли структурных составляющих стали; скалярная плотность дислокаций; избыточная плотность ± дислокаций; кривизна-кручение кристаллической решетки ; амплитуды внутренних напряжений (сдвиговых и дальнодействующих). Все количественные микроструктурные параметры определяли как для каждого структурного компонента стали, так и для образца в целом. Структура всех исследованных образцов металла в зонах устойчивой локализованной макродеформации представлена ферритом и перлитом, при этом для образцов после разрушения в процессе длительной эксплуатации только из фрагментированного и нефрагментированного феррита. Были рассчитаны соотношения  ≥ ,  = пл, Л ≥ д, которые указывают на то, есть ли опасность появления микротрещин. Для образцов без эксплуатации и после эксплуатации без повреждений в зонах устойчивой локализованной макродеформации рассматриваемые условия выполняются, а для образцов после разрушения в результате длительной эксплуатации нет. Выявлено, что при длительной эксплуатации стали происходит изменение фазового состава и тонкой структуры металла, заключающиеся в увеличении содержания феррита и уменьшении количества перлита, а также в росте плотности дислокаций и кривизны-кручения кристаллической решетки. Длительная эксплуатация стали в условиях высоких температур и давлений приводит к постепенному изменению ее свойств и структуры, что может привести к снижению надежности и безопасности эксплуатации паропроводов. Ключевые слова: структурно-фазовое состояние, поля внутренних напряжений, плотность дислокаций, зона локализации деформации, длительная эксплуатация, теплоустойчивая сталь Благодарности. Автор выражает признательность Смирнову А.Н., профессору кафедры Технологии машиностроения КузГТУ, Данилову В.И., в.н.с. лаборатории физики прочности ИФПМ СО РАН, Поповой Н.А. и Никоненко Е.Л., сотрудникам кафедры ФХиТМ ТГАСУ за помощь в обсуждении результатов исследований.