Шляхи підвищення корозійної стійкості та експлуатаційної надійності труб з аустенітних хромонікелевих сталей, що працюють в особливо агресивних середовищах при виробництві азотної кислоти і мінеральних добрив. Вдосконалення режимів термічної обробки труб.
Аннотация к работе
До початку роботи була відсутня вітчизняна промислова конкурентоспроможна технологія виробництва труб з низьковуглецевих аустенітних хромонікелевих сталей типу 03Х 18Н 11 (304L) з високою гарантованою стійкістю проти міжкристалітної корозії (МКК) в сильноокислювальних середовищах (швидкість корозії металу при випробуванні в киплячій концентрованій азотній кислоті за методом ДУ, ГОСТ 6032, не повинна перевищувати 0,5 мм/рік). Вирішення цієї задачі стримувалося відсутністю систематизованих даних про вплив режимів термічної обробки, структурного стану границь зерен, вмісту а-фази та ін. на стійкість проти МКК в сильноокислювальних середовищах гаряче-і холоднодеформованих труб з таких сталей. провести дослідження процесів структуроутворення при рекристалізаційних відпалах теплодеформованих труб зі сталі 03Х 18Н 11 і розробити нові режими термічної обробки, що забезпечують відсутність поверхневого насичення металу вуглецем, необхідний згідно з ТУ рівень механічних властивостей і підвищену стійкість труб проти МКК; встановити закономірності впливу вмісту бору на структуру, схильність до насичення вуглецем при термічній обробці і стійкість проти МКК низьковуглецевої сталі 02Х 17Н 15Р і розробити режими термічної і вакуумної термічної обробки (ВТО) труб, що забезпечують необхідні структуру та механічні властивості труб, зниження вмісту вуглецю в сталі і підвищення їх стійкості проти МКК; впровадити у виробництво технологію виготовлення труб зі сталі 03Х 18Н 11, а також вдосконалені режими термічної обробки і нові режими ВТО труб зі сталі 02Х 17Н 15Р, що забезпечують одержання труб з високими гарантованими властивостями.Для забезпечення надійної роботи труб з таких сталей в особливо агресивних сильноокислювальних середовищах, вони повинні витримувати випробування на стійкість проти МКК за методом ДУ, ГОСТ 6032 (метод С за ASTM А-262). Дослідження впливу технологічних факторів трубного виробництва на стійкість проти МКК у сильноокислювальних середовищах і на механічні властивості труб з таких сталей вперше в СНД були проведені спеціалістами Державного трубного інституту, але задача отримання труб з високими гарантованими властивостями остаточно не була вирішена. Матеріалом служили: а) зразки аустенітної хромонікелевої сталі марки 03Х 18Н 11 дослідних плавок із вмістом вуглецю 0,018, 0,030 і 0,050 % ваг. після різних провокуючих нагрівів; б) трубні заготовки, гаряче-і теплодеформовані труби зі сталі 03Х 18Н 11 дослідного і промислового виробництва з вмістом вуглецю 0,014...0,033 % ваг.; в) низьковуглецева аустенітна сталь 02Х 17Н 15Р дослідних плавок без бору і з різними його домішками (0,003; 0,03; 0,06; і 0,4 % ваг. У третьому розділі досліджено вплив технологічних факторів металургійного і трубного виробництва (вмісту вуглецю, ?-фази, режимів термічної обробки, деформації) на структуру, стійкість проти МКК і механічні властивості гарячедеформованих труб зі сталі 03Х 18Н 11 з метою розробки промислової технології виробництва труб з високим комплексом властивостей (таблиця). Таким чином, на підставі проведених досліджень встановлено максимально допустимий вміст вуглецю в сталі 03Х 18Н 11 і оптимальну схему підготовки зразків, що забезпечує високу гарантовану стійкість проти МКК в сильноокислювальних середовищах і одержання достовірних результатів випробувань; обмежено вміст вуглецю в трубний заготовці зі сталі 03Х 18Н 11 до 0,025 % (замість 0,03 %) і ?-фази - до 1 балу (замість балу 2).Способ изготовления труб из аустенитных коррозионностойких сталей. / Т.А Дергач, Г.Д. Влияние бора на структуру и стойкость против межкристаллитной коррозии аустенитной нержавеющей стали // Защита металлов. Пласкеев А.В., Княжева В.М., Дергач. Ускоренное испытание металлопродукции из стали 03Х 18Н 11 на стойкость против межкристаллитной коррозии.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Список литературы
У дисертації зроблене теоретичне узагальнення і запропоновані нові рішення наукових і практичних задач, що полягають у подальшому розвитку промислової технології термічної обробки труб з особливо низьковуглецевих аустенітних хромонікелевих сталей (0,02...0,03 % С), що дозволяє керувати структурою, корозійними та механічними властивостями труб з метою підвищення їх експлуатаційної надійності.
1. Аналіз літератури свідчить про істотний і недостатньо вивчений вплив якісних і кількісних показників мікроструктури, хімічного складу, деформації, режимів термічної обробки та інших факторів на експлуатаційні властивості та стійкість проти МКК низьковуглецевих аустенітних хромонікелевих корозійностійких сталей. Тому дисертаційна робота, спрямована на їх дослідження з метою підвищення експлуатаційної надійності труб, є актуальною.
2. Визначено і науково обґрунтовано оптимальний режим термічної обробки гарячедеформованих труб зі сталі 03Х 18Н 11: гартування у воду від (1130 ± 10) ?С, витримка з розрахунку 2 хв. на 1 мм стінки труби, що забезпечує швидкість корозії не більше 0,5 мм/рік при випробуванні за методом ДУ, ГОСТ 6032, і необхідний згідно з ТУ рівень механічних властивостей труб. Показано, що позитивний вплив на стійкість проти МКК підвищених температур гартування обумовлений значним збільшенням в структурі сталі питомої поверхні спеціальних низькоенергетичних границь зерен типу S= 3n (більше 60 % від загальної поверхні границь зерен), які мають високу корозійну стійкість.
3. На основі комплексних досліджень процесів структуроутворення при рекристалізаційних відпалах теплодеформованих труб зі сталі 03Х 18Н 11 розроблено новий режим термічної обробки переробних і готових труб, що забезпечує відсутність поверхневого насичення металу вуглецем і високий комплекс їх корозійних і механічних властивостей.
4. Встановлено максимально допустимий вміст вуглецю в сталі 03Х 18Н 11 (не більше 0,025 %), що забезпечує високу гарантовану стійкість проти МКК трубної заготовки і труб при випробуванні за методом ДУ, а також встановлено і науково обґрунтовано сумісний вплив вмісту вуглецю і черговості операцій деформації і провокуючого нагріву при виготовленні зразків на результати випробувань на МКК.
5. Вперше показано, що підвищений вміст а-фази (до 15 %) у трубній заготовці зі сталі 03Х 18Н 11 призводить до структурно-вибіркової корозії в гарячедеформованих трубах і, як результат, до підвищеної у 3...5 разів швидкості корозії при випробуванні за методом ДУ - внаслідок збільшення поверхні та вільної енергії міжфазних границь аустеніт-ферит.
6. Встановлені і теоретично та експериментально обґрунтовані закономірності впливу вмісту бору на структуру границь зерен, схильність до насичення вуглецем і стійкість проти МКК низьковуглецевої аустенітної хромонікелевої сталі в залежності від температури термічної обробки. Вперше показано, що виділення високохромистих боридів на границях зерен сталі 02Х 17Н 15Р з 0,03...0,06 % В (і, в меншій мірі, з 0,2...0,4 % В), після гартування її від температур вище 1100 °С призводить до збіднення хромом приграничних ділянок твердого розчину і до появи схильності до МКК; мікродомішки бору (0,003 %) мають позитивний вплив на стійкість проти МКК зазначеної сталі. Присутність бору в сталі 02Х 17Н 15Р підсилює поверхневе насичення холоднодеформованих труб вуглецем при термічній обробці - внаслідок впливу бору на подрібнення аустенітного зерна, збільшення поверхні міжфазних (боридна евтектика-аустеніт) і міжзеренних границь, а також на карбідоутворення.
7. Показано, що оксидна плівка, одержана на поверхні холоднодеформованих труб з аустенітних хромонікелевих сталей при обробці їх у лужно-селітровому розплаві, має високий кисневий потенціал і сприяє ефективному видаленню при ВТО вуглецю з поверхневих шарів металу.
8. Сформульовані основні вимоги до якості трубної заготовки зі сталі 03Х 18Н 11, які оформлені "Зміною №1 до ТУ 14-1-3183", що обмежує вміст в металі вуглецю не більше 0,025 % (замість 0,03 %) і ?-фази не більше балу 1 (замість балу 2) і визначена оптимальна схема підготовки зразків до випробувань, що в комплексі забезпечує високу стійкість проти МКК трубної заготовки і труб та одержання достовірних результатів їх випробувань.
9. На основі аналізу одержаних наукових результатів розроблена і впроваджена у виробництво на ВАТ "НПТЗ" конкурентоспроможна технологія виготовлення гарячедеформованих труб зі сталі 02Х 18Н 11 з високими гарантованими властивостями, відповідно до ТУ 14-3-1339 (відзначена дипломом ВДНГ України). Виготовлені промислові партії теплодеформованих труб зі сталі 03Х 18Н 11 з використанням нових режимів термічної обробки, що забезпечують відсутність поверхневого насичення металу вуглецем і високий рівень механічних і корозійних властивостей. Розроблені і впроваджені вдосконалені режими термічної обробки і новий режим ВТО труб з легованої бором сталі 02Х 17Н 15Р, що забезпечило підвищення їх стійкості проти МКК та експлуатаційної надійності.
10. На основі встановленої ідентичності механізмів МКК і збіжності результатів випробувань сталі 03Х 18Н 11 в сильноокислювальних середовищах за двома методами: ДУ і прискореним - травлення в щавлевій кислоті, метод ТЩК включено до ГОСТ 6032, що дозволяє більш ніж у 1000 разів скоротити тривалість випробувань на МКК.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ ВИКЛАДЕНО В ПУБЛІКАЦІЯХ
1. Дергач Т.А., Дейнеко Л.Н. Структура и стойкость против межкристаллитной коррозии труб из низкоуглеродистой аустенитной стали // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - № 6. - С. 76-83.
2. Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д., Дейнеко Л.Н. Исследование процессов структурообразования при термической обработке труб из аустенитных коррозионностойких сталей с целью повышения стойкости против межкристаллитной коррозии // Металознавство та термічна обробка металів: Науков. інформ. жур. Придніпровська держ. академія будівництва та архітектури. - 2003. - № 2. - С. 99-109.
3. Дергач Т.О., Сухомлин Г.Д., Дейнеко Л.М. Вплив бору на структуроутворення та опір міжкристалітній корозії аустенітної сталі // Металознавство та обробка металів. Науково-технічний журнал. ФТІМС. Київ. - 2004. - № 2. - С. 54-61.
4. Дергач Т.А., Дейнеко Л.Н., Рабинович А.В. Исследование параметров вакуум-термической обработки труб из аустенитной борсодержащей стали. // Фізико-хімічна механіка матеріалів. Спеціальний випуск. Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів. Львів. - 2004. - С. 162-166.
5. Дергач Т.А. Применение ускоренного метода испытаний на стойкость против МКК низкоуглеродистых коррозионностойких сталей. // Металознавство та термічна обробка металів: Науков. інформ. жур. Придніпровська держ. академія будівництва та архітектури. - 2003. - № 1. - С. 50-61.
6. Дергач Т.А. Исследование склонности к науглероживанию холоднодеформированных труб из низкоуглеродистой аустенитной борсодержащей стали. // Металознавство та термічна обробка металів: Науков. інформ. жур. Придніпровська держ. академія будівництва та архітектури. - 2003. - № 3. - С. 15-24.
7. Дергач Т.А., Карпов Н.А., Северина Л.С., Иванилова Л.И. Разработка технологии и освоение производства горячедеформированных труб из стали 02Х 18Н 11 с гарантированной стойкостью против межкристаллитной коррозии. //Развитие технологий производства труб и трубных изделий. М. - 1988 - С. 36-42.