KONSTRUKČNÍ MATERIÁLY PRO ENERGETIKU A JEJICH STRUKTURNÍ STABILITA V PRỦBĚHU DLOUHODOBÉ SLUŽBY. Jaroslav Purmenský

Podobné dokumenty
ŽÁRUPEVNOST A JEJÍ VLIV NA ŽIVOTNOST ENERGETICKÝCH ZAŘÍZENÍ. Prof. Ing. Jaroslav PURMENSKÝ, DrSc., Rybí č.155, ,

STRUKTURNÍ STABILITA A ŽÁRUPEVNOST FERITICKÝCH OCELÍ STRUCTURAL STABILITY AND CREEP RESISTANCE OF FERRITIC STEELS

DLOUHODOBÁ ŽÁRUPEVNOST KOTLOVÝCH TRUBEK Z CrMoV ŽÁRUPEVNÉ OCELI SE ZVÝŠENOU ŽÁRUPEVNOSTÍ

PODSTATA VYSOKOTEPLOTNÍ STABILITY Ni-Cr-W-C SLITIN. THE NATURE OF HIGH-TEMPERATURE HEAT RESISTANCE OF Ni-Cr-W-C ALLYS

MECHANICKÉ VLASTNOSTI A STRUKTURNÍ STABILITA LITÝCH NIKLOVÝCH SLITIN PO DLOUHODOBÉM ÚČINKU TEPLOTY

PROBLEMATICKÉ SVAROVÉ SPOJE MODIFIKOVANÝCH ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ

DEGRADACE STRUKTURY A VLASTNOSTÍ NÍZKOLEGOVANÝCH OCELÍ DLOUHODOBÝM ÚČINKEM TEPLOTY

VLASTNOSTI NiCrW SLITIN BĚHEM DLOUHODOBÉHO ŽÍHÁNÍ. PROPERTIES OF NiCrW ALLOYS DURING LONG-RUN HIGH- TEMPERATURE ANNEALING

POUŽITÍ TERMODYNAMICKÝCH VÝPOČTŮ PRO OPTIMALIZACI CHEMICKÉHO SLOŽENÍ FERITICKÝCH ŽÁRUPEVNÝCH OCELÍ

MOŽNOSTI VYUŽITÍ MIKROLEGOVANÝCH OCELÍ. Tomáš Schellong Kamil Pětroš Václav Foldyna. JINPO PLUS a.s., Křišťanova 2, Ostrava, ČR

DEGRADACE STRUTURY A MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ SLITINY LVN13 DLOUHODOBÝM ÚČINKEM TEPLOTY

Mikrostrukturní analýza svarového spoje oceli P92 po creepové expozici

VLIV NANOČÁSTIC NA ŽÁROPEVNÉ VLASTNOSTI PROGRESIVNÍCH ŽÁROPEVNÝCH FERITICKÝCH OCELÍ

Precipitace sekundárních fází v ocelích obsahujících 2 až 3,5%Cr s ohledem na strukturní stabilitu a žárupevnost

VÝZKUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ SVAROVÝCH SPOJŮ MODIFIKOVANÝCH ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ T24 A P92. Ing. Petr Mohyla, Ph.D.

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ, MECHANICKÉ VLASTNOSTI A STRUKTURNÍ STABILITA PERSPEKTIVNÍCH LITÝCH NIKLOVÝCH SUPERSLITIN

MIKROSTRUKTURA A ŽÁROPEVNÉ VLASTNOSTI SVAROVÉHO SPOJE OCELI P92 SVOČ FST 2009

VLIV MIKROLEGUJÍCÍCH PRVKŮ A PARAMETRŮ TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA MECHANICKÉ VLASTNOSTI PLECHŮ JAKOSTI P 460N

a UJP PRAHA a.s., Nad Kamínkou 1345, Praha Zbraslav, b PBS Velká Bíteš a.s. Vlkovská 279, Velká Bíteš,

Metalurgie vysokopevn ch ocelí

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA VLASTNOSTI VYSOCEPEVNÉ NÍZKOLEGOVANÉ OCELI. David Aišman

VLIV TECHNOLOGIE ŽÁROVÉHO ZINKOVÁNÍ NA VLASTNOSTI ŽÁROVĚ ZINKOVANÝCH OCELÍ

Svařitelnost korozivzdorných ocelí

Svařitelnost vysokopevné oceli s mezí kluzu 1100 MPa

INFLUENCE OF TEMPERING ON THE PROPERTIES OF CAST C-Mn STEEL AFTER NORMALIZING AND AFTER INTERCRITICAL ANNEALING. Josef Bárta, Jiří Pluháček

Heterogenní spoje v energetice, zejména se zaměřením na svařování martenzitických ocelí s rozdílným obsahem Cr

MIKROSTRUKTURNÍ PARAMETRY KOMBINOVANÉHO SVAROVÉHO SPOJE PO DLOUHODOBÉ VYSOKOTEPLOTNÍ EXPOZICI.

VLASTNOSTI A MIKROSTRUKTURA LITÝCH NIKLCHRÓMOVÝCH SLITIN LEGOVANÝCH WOLFRAMEM A UHLÍKEM

ASTM A694 F60 - TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ A MECHANICKÉ VLASTNOSTI ASTM A694 F60 HEAT TREATMENT AND MECHANICAL PROPERTIES

POPIS PRECIPITAČNÍCH DĚJŮ PŘI SEKUNDÁRNÍM VYTVRZENÍ PM NÁSTROJOVÉ OCELI SE ZVÝŠENÝM OBSAHEM NIOBU. P. Novák, M. Pavlíčková, D. Vojtěch, J.

SVĚTELNÁ A ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE SVAROVÉHO SPOJE OCELI P91 LIGHT AND ELECTRON MICROSCOPY OF THE STEEL P91 WELD JOINT.

STRUKTURNÍ STABILITA A VLASTNOSTI SVAROVÝCH SPOJŮ OCELI T24

SMA 2. přednáška. Nauka o materiálu NÁVRHY NA OPAKOVÁNÍ

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA MECHANICKÉ VLASTNOSTI A VYSOKOTEPLOTNÍ STABILITU NIKLOVÉ SLITINY IN 792 5A

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ. Ing. V. Kraus, CSc. Opakování z Nauky o materiálu

MĚŘENÍ ELASTICITRY OVLIVNĚNÝCH PÁSEM SVAROVÝCH SPOJŮ VYSOKOPEVNOSTNÍCH OCELÍ

VÝVOJ TECHNOLOGIE PŘESNÉHO LITÍ ČÁSTÍ ZE SUPERSLITIN, POUŽÍVANÝCH VE SKLÁŘSKÉM PRŮMYSLU.

OBSERVATION OF KINETICS OF STRUCTURAL CHANGES DURING LONG-TERM ANNEALING OF TRANSITIONAL WELDS ON P91 STEEL

HOMOGENNÍ A HETEROGENNÍ SVAROVÉ SPOJE ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ SIMILAR AND DISSIMILAR WELD JOINTS OF CREEP-RESISTING STEELS

OPTIMALIZACE REŽIMU TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ PRO ZVÝŠENÍ MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ SLITINY ALSI9Cu2Mg

VÝZKUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ A STRUKTURNÍ STABILITY SUPERSLITINY NA BÁZI NIKLU DAMERON. Karel Hrbáček a

DEGRADACE MATERIÁLOVÝCH VLASTNOSTÍ OCELI A PŘÍČINY VZNIKU TRHLIN VYSOKOTLAKÝCH PAROVODŮ

Nauka o materiálu. Přednáška č.2 Poruchy krystalické mřížky

Výpočet rovnovážných stavů ve vysokolegovaných chromových ocelích. Rudolf Foret, Petr Unucka, Antonín Buchal a Aleš Kroupa b

Precipitace. Změna rozpustnosti je základním předpokladem pro precipitační proces

VLIV PARAMETRŮ LASEROVÉHO POVRCHOVÉHO ZPRACOVÁNÍ NA MIKROSTRUKTURU OCELÍ

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ A MIKROLEGOVÁNÍ NA MIKROSTRUKTURU A VLASTNOSTI LITÝCH MANGANOVÝCH OCELÍ

, Hradec nad Moravicí CHOVÁNÍ OCELI T23 PŘI DLOUHODOBÉM ÚČINKU TEPLOTY BEHAVIOUR OF STEEL T23 AFTER LONG-TIME TEMPERATURE EFFECT

STRUKTURNÍ STABILITA HETEROGENNÍCH SVAROVÝCH SPOJŮ ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ STRUCTURAL STABILITY OF DISSIMILAR WELDS OF CREEP-RESISTANT STEELS

VYSOKOTEPLOTNÍ CREEPOVÉ VLASTNOSTI SLITINY Fe31Al3Cr S PŘÍSADOU Zr. HIGH TEMPERATURE CREEP PROPERTIES Fe31Al3Cr ALLOY WITH Zr ADITIVE

LETECKÉ MATERIÁLY. Úvod do předmětu

POSSIBLE GENERALISATION OF DECREASE IN MECHANICAL PROPERTIES OF CARBON STEEL (ČSN ) ON OTHER STEELS

ZKOUŠKY MIKROLEGOVANÝCH OCELÍ DOMEX 700MC

Vliv mikrolegování oceli dle ČSN na mechanické vlastnosti. Ludvík Martínek, Martin Balcar, Pavel Fila, Jaroslav Novák, Libor Sochor

TITANEM STABILIZOVANÉ HLUBOKOTAŽNÉ OCELI

Vysoce pevné mikrolegované oceli. High Strength Low Alloy Steels HSLA. Zpracováno s využitím materiálu ASM International

PODKRITICKÝ RŮST TRHLINY VE SVAROVÉM SPOJI MEZI KOMOROU A PAROVODEM KOTLE VÝKONU 230 T/H. Jan KOROUŠ, Ondrej BIELAK BiSAFE, s.r.o.

Rozdělení ocelí podle použití. Konstrukční, nástrojové

ŽÁROPEVNOST A MIKROSTRUKTURA SVAROVÝCH SPOJŮ OCELI P91 CREEP RESISTANCE AND MICROSTRUCTURE OF STEEL P91 WELD JOINTS

Zkouška rázem v ohybu. Autor cvičení: prof. RNDr. B. Vlach, CSc; Ing. Petr Langer. Jméno: St. skupina: Datum cvičení:

VLIV OBSAHU NIKLU NA VLASTNOSTI LKG PO FERITIZAČNÍM ŽÍHÁNÍ EFFECT OF THE CONTENT OF NICKEL ON DI PROPERTIES AFTER FERRITIZATION ANNEALING

Obr. 1. Řezy rovnovážnými fázovými diagramy a) základního materiálu P92, b) přídavného materiálu

Nástrojové oceli. Ing. Karel Němec, Ph.D.

FÁZOVÉ PŘEMĚNY. Hlediska: termodynamika (velikost energie k přeměně) kinetika (rychlost nukleace a rychlost růstu = celková rychlost přeměny)

Metalografie. Praktické příklady z materiálových expertíz. 4. cvičení

STRUKTURNÍ A FÁZOVÁ ANALÝZA OCELI T23 STRUCTURE AND PHASE ANALYSIS OF T23 STEEL

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VÝZKUM A VÝVOJ TECHNOLOGIE PŘESNÉHO LITÍ OBĚŽNÝCH KOL A STATOROVÝCH ČÁSTÍ TURBODMYCHADEL NOVÉ GENERACE

Zásady pro vypracování bakalářské práce

MECHANICKÉ A NĚKTERÉ DALŠÍ CHARAKTERISTIKY PLECHŮ Z OCELI ATMOFIX B (15127, S355W) VE STAVU NORMALIZAČNĚ VÁLCOVANÉM

METALOGRAFIE II. Oceli a litiny

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA VLASTNOSTI OCELI PRO ŽELEZNICNÍ KOLA THE INFLUENCE OF HEAT TREATENT ON THE PROPPERTIES OF STEEL FOR RAILWAY WHEELS

Kvantifikace strukturních změn v chrom-vanadové ledeburitické oceli v závislosti na teplotě austenitizace

VÝVOJ MIKROSTRUKTURY ŢÁROPEVNÝCH OCELÍ BĚHEM KLASICKÝCH A ZRYCHLENÝCH ZKOUŠEK TEČENÍ SVOČ FST 2017

VÝVOJ MIKROSTRUKTURY VÍCEFÁZOVÉ OCELI S TRIP EFEKTEM SVOČ - FST 2013

- zabývá se pozorováním a zkoumáním vnitřní stavby neboli struktury (slohu) kovů a slitin

SVAŽOVÁNÍ V E N E R G E T I C E

VYUŽITÍ MIKROLEGUR PŘI TVÁŘENÍ ZA TEPLA VÁLCOVANÝCH TYČÍ. Zdeněk Vašek a Jiří Kliber b

Petr Kubeš. Vedoucí práce: Prof. Ing. Petr ZUNA, CSc. D. Eng. h.c. Konzultant: Ing. Jakub HORNÍK, Ph.D.

Západočeská univerzita v Plzni fakulta Strojní

Hodnocení degradace ocelí pro tepelnou energetiku pomocí mikrosrukturních paramertrů

Konstrukční, nástrojové

Využítí niklových superslitin příklady výzkumu a výroby v ČR

Číselné označování hliníku a jeho slitin dle ČSN EN 573 1:2005 ( )

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ NIKLOVÝCH SUPERSLITIN HEAT TREATMENT OF HIGH-TEMPERATURE NICKEL ALLOYS. Božena Podhorná a Jiří Kudrman a Karel Hrbáček b

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ KONSTRUKČNÍCH OCELÍ SVOČ Jana Martínková, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Posouzení stavu rychlořezné oceli protahovacího trnu

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

Hodnocení opotřebení a změn tribologických vlastností brzdových kotoučů

NAUKA O MATERIÁLU I. Přednáška č. 03: Vlastnosti materiálu II (vlastnosti mechanické a technologické, odolnost proti opotřebení)

, Ostrava, Czech Republic

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.9 Plasticita a creep

HLINÍK A JEHO SLITINY

Metodika hodnocení strukturních změn v ocelích při tepelném zpracování

DEVELOPMENT AND VERIFICATION OF MATERIAL PROPERTIES OF FIRE RESISTANT STEELS

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA HOUŽEVNATOST LITÝCH MIKROLEGOVANÝCH NÍZKOUHLÍKOVÝCH OCELÍ

PRVNÍ POZNATKY Z VÁLCOVÁNÍ MIKROLEGOVANÝCH PÁSŮ S MEZÍ KLUZU NAD 460 MPa NA TRATI STECKEL. Radim Pachlopník Pavel Vavroš

Žáropevné oceli pro energetiku a jejich degradace

PRASKÁNÍ VRTÁKŮ PO TEPELNÉM ZPRACOVÁNÍ Antonín Kříž

Transkript:

KONSTRUKČNÍ MATERIÁLY PRO ENERGETIKU A JEJICH STRUKTURNÍ STABILITA V PRỦBĚHU DLOUHODOBÉ SLUŽBY Jaroslav Purmenský VÍTKOVICE - Výzkum a vývoj, spol. s r.o., Pohraniční 693/31, 706 02 Ostrava - Vítkovice, ČR, E-mail: jaroslav.purmensky@vitkovice.cz Abstrakt Článek uvádí hlavní výsledky studia strukturní stability CrMo a CrMoV žárupevných, resp. vodíkuvzdorných ocelí při dlouhodobé službě za vysokých teplot. Byly stanoveny rychlosti hrubnutí u vybraných karbidických a karbonitridických částic a jejich společný efekt s dislokační kontrolou na vytvrzující efekt ve struktuře. Paper presents the main results of structural stability studies of CrMo and CrMoV lowalloy heat and hydrogen resisting steels at elevated temperatures and long term service. The coarsening rate of several carbide or carbonitride particles and theirs common influence with dislocation density on the strengthening effects was determined. 1. ÚVOD Zařízení tepelné energetiky a těžké chemie představují specifickou oblast vyžadující dlouhodobou odolnost použitých materiálů proti působení zvýšených teplot a tlaků. Vzhledem k velkým hmotnostním a finančním objemům tlakových nádob, potrubních systémů a dalších zařízení energetiky i chemických aparátů je proto oprávněná snaha o jejich co nejlepší ekonomické využití. Předložená práce shrnuje některé základní poznatky o strukturní stabilitě a degradačních pochodech ve struktuře vybraných nízkolegovaných a vodíkuvzdorných ocelích čs. provencience, které výrazně ovlivňují jejich životnost za zvýšených teplot. 2. STRUKTURA NÍZKOLEGOVANÝCH ŽÁRUPEVNÝCH A VODÍKUVZDORNÝCH OCELÍ A JEJÍ VLIV NA UŽITNÉ VLASTNOSTI Základním mechanismem zpevnění struktury nízkolegovaných CrMo a CrMoV žárupevných ocelí je precipitační zpevnění. V případě CrMoV ocelí se jedná převážně o zpevnění částicemi karbidu vanadu, resp. karbonitridu vanadu; u CrMo ocelí se na precipitačním zpevnění podílejí zejména karbidy typu M 7 C 3, Mo 2 C(M 2 X) a M 23 C 6. Bylo jednoznačně prokázáno, že jemné částice precipitátu vyloučené ve struktuře v dostatečném množství účinně omezují jak dislokační skluz nebo jejich difuzní pohyb, které jsou nezbytné k realizaci procesu tečení při vysokoteplotní expozici. Přitom vliv precipitátu na žárupevnost lze jednoduše hodnotit poměrem vzájemné vzdálenosti částic precipitátu a střední velikostí subzrn. Je-li střední vzájemná vzdálenost menší než střední velikost subzrn, žárupevnost se výrazně zlepšuje, v opačném případě je na precipitačním zpevnění nezávislá [1; 8; 9]. Vedle výchozí konstituce chemického složení je tepelné zpracování druhým faktorem ovlivňujícím strukturu a charakter disperzní fáze s širokou škálou struktur od feritickoperlitické po bainiticko-martenzitickou. Přitom parametry disperze mají zřetelný vliv na krátkodobé mechanické vlastnosti i žárupevnost. Obr.1 přináší vliv krátkodobé meze kluzu na žárupevnost CrMo a CrMoV ocelí 15 313 a 15 128 při různých teplotách dlouhodobé expozice. Zatímco u CrMo oceli se příznivý vliv 1

zvýšené meze kluzu na žárupevnost projevil při nižších teplotách (do 525 ºC), výrazný vliv precipitujícího zpevnění je u CrMoV oceli patrný ještě při teplotě 575 ºC a vedl z hlediska efektivního využití k účelné standardizaci oceli 15 128 na stavy.5 a.9 s rozdílnou výchozí mezí kluzu, ale navíc s rozdílnou žárupevností [1 až 3]. Ke stanovení střední vzájemné vzdálenosti částic je možno použít jednoduchého vztahu jako funkce počtu částic střední velikosti podle vzorce: l = (N v. d) -1/2 - d (2/3) 1/2 (1) kde N v... střední počet částic v objemu d... střední průměr částic precipitátu Na obr. 2 je znázorněn účinný vliv klesající vzájemné vzdálenosti částic na mez pevnosti při tečení u nízkolegovaných CrMoV ocelí precipitačně zpevněných částicemi karbonitridu vanadu. Tento vliv se u reálných výrobků uplatňuje v rozmezí střední vzájemné vzdálenosti částic 70 až 130 nm. Při velmi nízkých hodnotách l, které se mohou vyskytovat u tvrdých martenzitických struktur ( l < 60 nm) se jedná o vyloučení velkého množství částic malého poloměru (řádově v jednotkách nm), které jsou dislokacemi protínány a nezpůsobují požadované zpevnění struktury oceli. Jako druhý zpevňující účinek struktury u diskutovaných ocelí je substituční zpevnění tuhého roztoku. To se realizuje pomocí atomů legujícího prvku s velkým atomovým poloměrem, zejména se jedná o rozpuštěné atomy molybdenu. Z původních prací [1; 3; 9] byl potvrzen optimální obsah cca 0,5 hm % Mo; vyšší obsahy vedou u nízkolegovaných ocelí k tvorbě nevhodných typů karbidů, např. M 6 C. Co se týká dislokačního zpevnění, jeho vliv se projeví na krátkodobé vlastnosti (mez kluzu, mez pevnosti) za normální teploty, na žárupevnost s horizonty expozice nad 10 4 hodin a teplotách nad 500 ºC je jeho vliv nevýznamný [1 až 3]. 3. DEGRADAČNÍ PROCESY VE STRUKTUŘE NÍZKOLEGOVANÝCH ŽÁRUPEVNÝCH A VODÍKUVZDORNÝCH OCELÍ 3.1 Experimentální materiály a způsoby zkoušení Vlastní studium strukturní stability bylo provedeno na vybraných typech tuzemských nízkolegovaných a mikrolegovaných žárupevných ocelí, které jsou precipitačně vytvrzeny karbidickým, resp. karbonitridickým precipitátem. Použité oceli, jejich bázi a typ vytvrzujícího precipitátu uvádí tab. I. Tabulka I Značka oceli báze vytvrzující precipitát 15 110 0,5 Cr - 0,2 V V 4 C 3 (VCN) 15 128 0,5 Cr - 0,5 Mo - 0,3 V V 4 C 3 VCN), M 2 X 15 313 2,25 Cr - 1 Mo M 7 C 3, M 2 X 15 421 3 Cr - 0,5 Mo M 7 C 3, M 23 C 6 15 423 3 Cr - 0,5 Mo - 0,5 V M 7 C 3,V 4 C 3 (VCN) 12 025 0,1 C - 0,01 N - 0,08 V VCN 0,1 C - 0,01 N - 0,03 Nb NbCN 2

Jedná se o standardizované žárupevné a vodíkuvzdorné oceli tuzemské provencience v některých variantách se zvýšenou metalurgickou čistotou (15 313) nebo s kontrolovanými obsahy desoxidačních a denitrifikačních přísad (Al, Ti). Oceli byly tepelně zpracovány na jakost normalizací, resp. kalením a popuštěním. Ověření užitných vlastností po dlouhodobé expozici při teplotách 600, 650 a 700 º C bylo soustředěno vedle mechanických vlastností na elektronomikroskopické studium změn v kvalitě a parametrech vytvrzujícího precipitátu pomocí metod tenkých fólií a extrakčních replik. Střední hustota dislokací byla stanovena pomocí transmisní elektronové mikroskopie na snímcích z tenkých fólií výpočtem podle Keha a Weissmanna [14]. 3.2 Souvislost pevnostních a strukturních změn při vysokoteplotní expozici Studium vlivu dlouhodobé vysokoteplotní expozice na změny mechanických vlastností a mikrostruktury prokázalo u nízkolegovaných CrMo a CrMoV ocelí přítomnost dvou charakteristických oblastí. Oblast převládajícího vytvrzení a oblast převládajícího změkčení struktury. Přítomnost obou oblastí je dokumentována na obr. 3 průběhem krátkodobé meze kluzu a hodnot vrubové houževnatosti u systému 3 Cr - 0,5 Mo - 0,5 V po izotermické expozici. 3.2.1 Oblast převládajícího vytvrzení V oblasti převládajícího vytvrzování, které se u CrMo a CrMoV systémů projevuje při relativně krátkých dobách expozice (do cca 10 3 h při teplotě 575 ºC) byla prokázána přítomnost pochodů dodatečné precipitace karbidických částic. Bylo zjištěno, že vytvrzování je v systému 0,5 Cr - 0,5 Mo - 0,3 V způsobeno dodatečnou precipitací jemně disperzních částic karbonitridu vanadu, v systému 3 Cr - 0,5 Mo - 0,5 V je tento efekt vyvolán dodatečnou precipitací částic typu M 7 C 3, případně V 4 C 3 [2]. Precipitace velkého množství nových částic o relativně malých rozměrech vede ke zmenšení jejich střední velikosti a zmenšení její střední vzájemné vzdálenosti. To má za následek zřetelné zvýšení příspěvku precipitačního zpevnění struktury, které se navenek projeví vznikem teplotně a časově závislých maxim meze kluzu za současného výskytu snížených hodnot vrubové houževnatosti. Nicméně její absolutní hodnota byla ve všech případech na vysoké úrovni nepodkročující 100 J/cm 2. U bainitických struktur obou studovaných CrMo a CrMoV systémů byl zjištěn jeden vrchol dodatečného vytvrzování. V případě feriticko-bainitické struktury oceli 15 128 (0,5 Cr - 0,5 Mo - 0,3 V) dochází k časovému posunutí vytvrzování feritických a bainitických oblastí s výskytem dvou vrcholů meze kluzu, přičemž vytvrzení bainitu, jak potvrdilo měření mikrotvrdosti, probíhá při kratších dobách expozice (do 1 000 hodin při teplotě 575 ºC) [2; 3]. 3.2.2 Oblast převládajícího změkčení Oblast převládajícího změkčení struktury je časově situována za maximem dodatečné precipitace a zasahuje do časových horizontů předpokládané životnosti zařízení ze studovaných ocelí (doby okolo 2. 10 5 h a výše). Ve všech případech byl v této oblasti zjištěn intenzivní rozvoj procesů koagulace a hrubnutí částic disperzních fází, který vede ke zvětšení jejich střední velikosti a úbytku počtu částic v objemu. Příklad hrubnutí částic M 7 C 3 a M 2 X u CrMo oceli 15 313 uvádí obr. 4. Výsledné zvětšení střední vzdálenosti částic se projevuje víceméně monotónním poklesem krátkodobých pevnostních charakteristik s prodlužující se dobou expozice - obr. 3. 3

3.2.3 Hrubnutí částic precipitátu Rozměrová stabilita vytvrzujících částic v oblasti převládajícího změkčení struktury byla hodnocena pomocí konstant K d vyjadřujících časovou změnu středního průměru částic v průběhu expozice [2; 12; 13]. d 3 - d o 3 = K d. t (2) kde d... střední velikost částic po expozici d o... výchozí střední velikost částic K d... konstanta rychlosti hrubnutí t... čas vysokotepelné expozice Přitom teplotní závislost konstanty hrubnutí K d respektuje vztah: Q Kd = Ko.exp R. T kde Q... zdánlivá aktivační energie hrubnutí částic K o... konstanta R. T.. obvyklý význam součinu plynové konstanty a teploty (3) Detailní měření rychlosti hrubnutí vytvrzujících částic u různých typů žárupevných ocelí a jejich srovnání s publikovanými údaji dovolilo seřadit tzv. řadu stability pomocí konstant rychlosti hrubnutí [2; 8; 10]. Nb(C, N) : V(C,N) : V 4 C 3 : M 2 C : M 23 C 6 : M 7 C 3 : M 3 C (4) 0,74 1 18 44 209 2206 30198 Teplotní závislost výše uvedených konstant rychlosti hrubnutí pro jednotlivé karbidy, resp. karbonitridy uvádí obr. 5. Provedená srovnání ukazují na dominantní postavení karbonitridu VCN při zachování své rozměrové stability za vysokých teplot, pozoruhodné je výrazné zvýšení rychlosti hrubnutí čistého karbidu vanadu, resp. částic typu M 2 X. Neméně významný je vliv tzv. mikročistoty oceli, kdy výrazné snížení obsahu stopových a doprovodných (P, Sb, Sn, As, ale i Si a Mn) prvků vedlo v systému 2,25 Cr - 1 Mo k řádovému snížení rychlosti hrubnutí částic karbonitridu M 2 X. Vytvrzující precipitát kromě rozměrové nestability může za některých podmínek, zejména při "přelegování" transformovat za delších časů expozice do termodynamicky stabilnějších forem, např. je známa transformace karbidů M 2 C M 6 C při obsazích Mo v nízkolegovaných ocelích nad 1 % [1 až 3]. Tyto rozměrově velké částice kromě rozpuštění a likvidace příznivého působení karbonitridů vanadu ochuzují obsah Mo v tuhém roztoku a tím i jeho efekt na substituční zpevnění. Výsledkem je pokles obou zpevňovacích mechanismů a tím i žárupevnosti. 3.2.4 Stabilita dislokační struktury při vysokoteplotní expozici Relativně malé snížení střední hustoty dislokací po dlouhodobé expozici za vysokých teplot, které bylo zjištěno u systémů 2,25 Cr - 1 Mo a 0,5 Cr - 0,5 Mo - 0,3 V svědčí o poměrně vysoké stabilitě dislokační struktury (viz obr. 4). Její pokles v rozmezí jednoho řádu 4

svědčí o vzájemné interakci precipitujících částic s dislokacemi. Pro hodnocení stability dislokační struktury u precipitačně zpevněných ocelí bylo navrženo kritérium P u [ 2; 11] NV P U = ρ (5) kde N v... počet částic v jednotce objemu ρ... střední hustota dislokací Uvedený poměr fakticky vyjadřuje počet částic, které se zúčastní na blokování jednotkového úseku dislokační čáry (za reálného předpokladu dominantní precipitace částic na dislokacích). Dojde-li vlivem hrubnutí částic k poklesu jejich počtu pod určitou mez, dá se očekávat realizace dílčího zotavení, které vede k dosažení původního poměru N v /ρ. Jako limitní byla pro studované systémy přijata hodnota P okolo 2. 10 6 m -1. Při vyšší hodnotě kritéria P je možno u disperzně zpevněných soustav pokládat dislokační strukturu za dostatečně stabilní, jeho podkročení může vést k vyšší intenzitě zotavení vedoucí k tvorbě subzrn a zrychlení creepové deformace. 4. DISKUZE A PRAKTICKÉ VYUŽITÍ ZÍSKANÝCH POZNATKŮ Podrobné studium charakteru struktury CrMo a CrMoV ocelí a její stability v průběhu reálné vysokoteplotní služby ukazuje na úzkou souvislost s možnostmi jejich efektivního využití. Bylo prokázáno, že ve výchozím stavu je uvedená struktura do jisté míry nestabilní a v začátcích své služby může formou dodatečné precipitace zvýšit své užitné vlastnosti (krátkodobé pevnostní vlastnosti, odolnost proti tečení) při dostatečné úrovni plasticity a odolnosti proti křehkému porušení. V horizontu reálné služby převyšující při teplotách nad 550 ºC doby 10 4 hodin probíhají ve struktuře pochody řízené difuzními procesy,a to zejména hrubnutí a koagulace částic disperzních fází. Měření jejich rozměrových změn v čase dovolilo determinovat tzv. řadu stability, kdy vedle částic NbCN vyskytujících se u mikrolegovaných ocelí představuje karbonitrid vanadu VCN nejstabilnější typ minoritní fáze v diskutovaných typech ocelí. Tento poznatek vedl k účelnému omezení denitrifikačních přísad (Al, Ti) při výrobě CrMoV ocelí a tím i ke zvýšení jejich odolnosti proti tečení. Srovnání vlivu výchozí meze kluzu na žárupevnost CrMo a CrMoV systémů - viz obr. 1 - ukazuje na nevhodnost používání vysocežárupevné oceli 15 128 s nízkou hodnotou meze kluzu (bohužel ve vyspělých zemích jako je SRN a GB stále frekventované) a naopak problematické použití známé oceli 15 313 nad teplotou 525 º C vzhledem k malé rozměrové stabilitě fáze M 2 X při vyšších teplotách. V poslední době je středem zájmu tzv. metalurgická čistota oceli daná metalurgickým pochodem. Snížení úrovně stopových (např. P, As, Sb, Sn, ale i Mn a Si) prvků dané tzv. faktory X a J [2; 8; 9] vede k vyšší stabilitě karbonitridických fází, naopak jejich zanedbání může podstatně snížit zejména křehkolomové, ale i žárupevné vlastnosti. Byla prokázána relativně stabilní dislokační struktura a její vzájemný vztah s parametry disperze precipitujících částic ve struktuře studovaných systémů. Znalost strukturních změn a kvantifikace parametrů disperzních fází i dislokační hustoty umožňují použití strukturního přístupu při predikci očekávané nebo zbytkové životnosti zařízení pracujících při zvýšených teplotách. Na obr. 6 jsou uvedeny změny parametrů 5

disperzní fáze a hustoty dislokací a odpovídajících příspěvků zpevnění struktury u parovodu z oceli 15 128 po provozní expozici 540 ºC/100 000 hodin [15]. V součinnosti s dalšími poznatky (např. měření rozměrových změn, stupně kavitace struktury, dodatečného ověření žárupevnosti po expozici) lze s využitím výše uvedených údajů provést seriózní odhad dalšího fungování daného zařízení, případně nezbytné úpravy jeho provozních podmínek. 5. ZÁVĚR Byl předložen rozbor pochodů probíhajících ve struktuře nízkolegovaných CrMo a CrMoV žárupevných ocelí během jejich provozní služby. Byly stanoveny sledy mikrostrukturních pochodů vedoucích k časově závislé degradaci struktury a tím i užitných vlastností zejména v oblasti hrubnutí částic minoritních fází. Jejich praktické využití umožňuje jak volit vhodnou metalurgickou výrobu daných ocelí, tak determinovat optimální teplotní exploataci, podobně jako seriózní odhad funkční, resp. zbytkové životnosti energetických a chemických zařízení. LITERATURA [1] Foldyna, V.: Creep nízkolegovaných a modifikovaných chromových ocelí. Doktorská disertační práce, ÚFM-ČSAV Brno, 1988. [2] Purmenský, J.: Strukturní stabilita CrMo a CrMoV oceli a její vliv na životnost energetických a chemických zařízení. Doktorská disertační práce, ÚFM-ČSAV Brno, 1992. [3] Purmenský, J.; Foldyna; V., Kuboň, Z.: Development of Advanced Chromium Steels with Respect to Microstructure and Structural Stability. Sborník mez. konference 140 th Annual Meeting ISIJ, CAMP-ISIJ Vol. 13(2000), Nagoya, Japan, November 2000, s. 1302. [4] Smith, E.; Nutting, J.: JISI Vol. 187(1957), Dec. s. 314. [5] Seal, A.K.; Honeycombe, R.W.K.: JISI Vol. 188 (1958), Januar, s. 9. [6] Andrews, K.W.; Hughes, H.; Dyson, D.J.: JISI 1972, May, s. 337. [7] Smith, R.: Proc. "Precipitation Processes in Steels", Special Report ISI, No. 64(1959), London, diskuse sekce IV., s. 307. [8] Foldyna, V.; Purmenský, J.; Kuboň, Z.: Užití mikrolegovaných ocelí při stavbě kotlů, jejich rekonstrukci a modernizaci. Sborník Kotle a kotelní zařízení 2000, TERIS 2002, Brno, březen 2000, s. 199. [9] Purmenský, J.; Foldyna, V.; Kuboň, Z.: Creep Resistance and Structural Stability of Low-Alloy CrMo and CrMoV steels. Sborník Konference CFEMS-8, Tsukuba City, Japan, Nov. 1999, s. 419. [10] Purmenský, J.; Foldyna, V.; Million, B.; Vřešťál, J.: Kovové materiály 18, 1980, s. 171. [11] Purmenský, J.; Foldyna, V.: Kovové materiály 18, 1980, s. 299-307. [12] Lifšic, J.M.; Slojzov, V.V.: Journal Phys. Chem. Solids, 1961, Vol. 19, s. 35. [13] Wagner, C.: Z. Elektrochem. 65, 1961, s. 581. [14] Keh, A.S.; Weissmann, S.: "Electron Microscopy and Strength of Crystals". Ed. Thomas and Washburn, New York 1963, s. 231. [15] Purmenský, J.; Sobotka, J.; Foldyna, V.: Strojírenství 33, 1983, č. 11, s. 625. 6

Obr. 1: Porovnání žárupevné oceli 2,25 Cr - 1 Mo a 0,5 Cr - 0,5 Mo - 0,3 V vzhledem k výchozí mezi kluzu Obr. 2: Vliv střední vzájemné vzdálenosti částic na žárupevnost nízkolegovaných CrMoV ocelí 7

Obr. 3: Závislost meze kluzu a vrubové houževnatosti na teplotě a době dodatečného žíhání - ocel 3 Cr - 0,5 Mo - 0,5 V - ocel 15 423 Obr. 4: Průběh změn střední velikosti částic M 2 X a M 7 C 3 a hustoty dislokací s dobou expozice u taveb z oceli 2,25 Cr - 1 Mo - ocel 15 313 8

Obr. 5: Srovnání středních hodnot konstant rychlostí hrubnutí různých typů disperzních fází při napěťové expozici Obr. 6: Změny submikroskopických parametrů a příspěvků zpevnění struktury parovodu z oceli 15 128 vlivem expozice 9

10