Способ восстановительной термической обработки теплоустойчивых сталей Советский патент 1984 года по МПК C21D1/78 

1 Изобретение относится к машиностроению, преимущественно энергетичес кому и химическому, и может быть исп льзовано для восстановления свойств металла после длительных сроков служ бы. В современном энергомашиностроении для изготовления ответственных деталей, работающих при .повышенных температурах (450-600 с),используются теплоустойчивые стали,легированные сильными карбидообразующими элементами, например ванадием. В процессе длительной эксплуатации этих сталей в них происходят изменение структуры и свойств,существенное сни жение, надежности. Экономически целесообразным признано проведение восстановительной термообработки изделий из этих сталей, а не их замена Известен способ термической обработки хромомолибденованадиевых тепло устойчивых сталей, включаю1ций нормализацию по .общепринятому для данных сталей режиму (нагрев до температуры АС +30-50°С, охлаждение на воздухе) и высокотемпературный отпуск (730-750°С),направленный на повышение прочностных свойств металлаСП. Однако известный способ термической обработки не устраняет поврёждаемости, которая получена в процессе эксплуатации в условиях ползучести (т.е. микропор). Известен также способ восстановительной циклической термической обработки теплостойкой стали 12Х1МФ после длительной эксплуатации, включакмций многократную перекристаллизацию путем нагрева до 980 и 1 и последующее охлаждение на воздухе или с печью. В результате скорость ползучести на второй стадии снижается на порядок, а работа рааругаения возрастает почт в пять раз С2. Однако указанный способ включает многократный высокотемпературный наг рев, что экономически неэффективно. Наиболее близким к предлагаемому ио технической супщости и достигаемому результату является способ восстановительной термической обработки, йерлитных сталей, включающий нормализацию на 30-40®С выше нормали зации общепринятой для данных сталей и высокотемпературный отпуск C3J. В результате восстановительной обработки по известному способу про192исходит регенерация прочностных . свойств металла, а способность его тормозить развитие образовавшейся трещины остается на довольно низком уровне, характерном дая эксплуатировавшегося и не восстановленного металла. Это связано с неполным растворением термостойких карбидных частиц VC, выделившихся преимущественно по границам зерен в процессе длительного эксплуатационного старения под напряжением. Температура растворения карбида типа VC превышает . Нормализация с такой температуры приводит к заметному росту зерна и, как следствие этого, снижению ударной вязкости и способности металла препятствовать развитию треадчзт. В связи с этим возникает опасность хрупкого разрушения при гидравлических испытаниях или в процессе эксплуатации. Целью изобретения является увеличение эксплуатационной надежности путем повьппения вязкости разрушения. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановительной термической обработки теплоустойчивых сталей с карбидным упрочнением, преимущественно хромомолнбденованадиевых ,включакяцему нормализацию и высокотемпературный отпуск, перед нормализацией проводят гомогенизирующий отжиг при температуре на 10-30°С выше температуры растворения карбида ванадия, а нормализацию ведут по общепринятому для данных сталей режиму. Дпя сталей данного класса карбид ванадия является самым термостойким, поэтому температура гомогенизирующего отжига назначается из условия его растворения. Способ осуществляют следующим образом. Длительно работавший металл подвергают гомогенизирующему отжигу в печи с защитной атмосферой при температуре на 10-30с выше температуры растворения самого термостойкого карбида, а затем проводят термообработку по общепринятому для исходного состояния режиму . Механические свойства стали в различном состоянии сведегш в таблице. Пример . Контрольные участки паропроводов i 273x32 мм из стали марки 12Х1МФ подвергают термической обработке по режиму нормализации и высокого отцу ска (таблица, режим 1 , поз. 1). $1 После 100 тыс. ч эксплуатации при этот металл имеет ферритокарбидную структуру за счет дифференциации перлитных участков. При этом происходит снижение прочности и ударной вязкости, намечается тенденция к снижению пластических свойств, что свидетельствует .о высокой поврежденноети металла. Иссл.цдования с помощью электронного микроскопа указывают на наличие в не микронесплошностей (микропор) размером 0,02-0,25 мкм, расположенных пре имущественно по границам зерен вблизи крупных карбидных включений. Коэффициент запаса прочности металла, т.е. отношение его длительной прочности к уровню действующих в нем рабочих напряжений, снижается с 1,5 до 1,28. Термообработка по режиму 2,принятому на заводах изготовителях (таблица, поз.З), приводит к потлшению прочностных свойств металла,а величи на .ар (характеристика вязкости разру шения) сохраняется практически на пре нем уровне .Металл имеет ферритоперлитную структуру с величиной зерна феррита 6-7 бал ГОСТ 5639-65 и довольно крупными выделениями карбидов по границам зерен. При электрон|но-микроскопическом исследовании выявлены единичные микропоры. Термообработка по режиму 3 (таблица, поз.4) приводит к получению ферритоперлитной структуры металла 96 с величиной зерна 4-5 бал. Значительно сокращается количество крупных карбидных включений по границам зерен. Микропор не выявлено. Как и в предыдущем случае, сохранились высокие значения прочностных свойств. Величинаар достигает 2,7 кгм/см, характерных для исходного -состояния металла с минимально допускаемьгми значениями ударной вязкости.Фактором, сдерживающим улучшение вязких свойств металла, является рост зерен. Термообработка по режиму 4 (таблица, поз.5) позволяет на первой .стадии (гомогенизации) полностью залечить микропоры ползучести и растворить карбидные, выделения, а на второй стадии (нормализации с высоким отпуском) получить благоприятное сочетание прочностных пластических свойств, вязкости разрушения. Величина зерна феррита после термообработки по предлагаемому способу соответствует 5-7 бал. Таким образом, с помощью предлагаемого способа представляется возможным добиться полного восстановления структуры и служебных свойств металла . Технико-экономический эффект от использования предлагаемого способа за счет предотвращения замены труб для паропроводов блока 300 МВт,общий вес которых около 150 т, составляет около 57 тыс. руб.

СПОСОБ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ с карбидным упрочнением, преимущественно хромомолибденованадиевых,включающий нормализшдию и высокотемпературный отпуск, о т Jt и чающийся тем, что, с целью увеличения эксплуатационной надежности путем повышения вязкости разрушения, перед нормализацией проводят гoмoгeнизиpyюD ий отжиг при температуре на 10-30°С вьппе температуры растворения карбида ванадия, а нормализацию ведут по общепринятому для данных сталей режиму. S S W