Длительной пластичности

где v, бо и 6i — коэффициенты, определяемые из графика б=>б(т). Судя по имеющимся данным, необходимо отметить, что для аустенитной стали 12Х18Н12Т длительная пластичность резко падает со временем под воздействием высокой температуры в сравнении с длительной пластичностью перлитных сталей. По абсолютным значениям длительная пластичность у перлитных сталей выше, чем у аустенитных сталей. 238

Поскольку сопротивление мало цикловой усталости связано с длительной пластичностью [1, 6, 8], различие деформативньгх свойств жаропрочных сплавов необходимо учитывать при формулировании закономерностей неизотермического малоциклового разрушения с учетом формы и параметров циклов нагрузки и температуры, а также длительности циклического деформирования.

1) позволяет получить высокие характеристики жаропрочности в сочетании с хорошей длительной пластичностью;

Величина зерна металла труб из стали 12Х18Н12Т дол-жна быть от 3 до 7 баллов; 100 % труб, выполненных из этой стали, проходят контроль на величину зерна. Сталь с меньшим зерном отличается пониженной жаропрочностью, а с большим — пониженной длительной пластичностью.

Материал крепежных изделий — шпилек, болтов, гаек и хомутов должен обладать высоким пределом текучести, хорошо сопротивляться релаксации напряжений, обладать малой чувствительностью к концентрации напряжений, большой длительной пластичностью, стабильностью структуры и свойств в процессе длительной эксплуатации, иметь коэффициент линейного расширения, близкий или равный коэффициенту линейного расширения сопрягаемых деталей, обладать хорошей сопротивляемостью задиранию и технологичностью при резании.

ЦНИИТмаш разработал жаропрочную аустенитную хромоникелевую сталь с молибденом Х16Н9М2, которая обладает жаропрочностью несколько более высокой, чем сталь Х18Н12Т, и существенно лучшей длительной пластичностью. Свойства стали Х16Н9М2 слабо изменяются в процессе длительной эксплуатации. Сталь без заметного разупрочнения переносит перегревы до температур 650—660°С, обладает лучшей свариваемостью и меньшей склонностью к образованию трещин в околошовной зоне по сравнению со сталью Х18Н12Т. В то же время коррозионные потери в продуктах сгорания мазута у стали Х16Н9М2 в 1,5—2,0 выше, чем у стали Х18Н12Т. Поэтому сталь Х16Н9М2 представляется перспективным материалом для труб поверхностей нагрева парогенераторов, работающих на малоагрессивных топливах и имеющих температуру перегрева острого пара до 565°С, когда температура металла не превышает 620°С. При более высоких температурах жаропрочность стали Х16Н9М2 становится слишком низкой, и трубы выходного пакета конвективного пароперегревателя должны быть выполнены чрезмерно толстостенными [Л. 36].

На длительную пластичность стали влияет также величина зерна. При величине зерна больше третьего балла аустенитные стали отличаются неудовлетворительной длительной пластичностью. Это известно достаточно широко. Однако имеется значительно меньше данных о влиянии величины зерна на длительную пластичность перлитных сталей. Высокий обычно уровень пластичности перлитных сталей обеспечивает их достаточно- хорошую работоспособность даже при крупном зерне. Однако это оправдывается не всегда.

Низкой длительной пластичностью отличаются некоторые ауетенитные стали с высоким содержанием титана, а также стали, склонные к дисперсионному упрочнению. Для аустенитных сталей наиболее неблагоприятен интервал температур 550—600° С. Длительную пластичность аустенитных сталей и особенно сплавов на никелевой основе можно повысить путем выплавки в вакууме.

Весьма высокой длительной пластичностью при 550— 600° С отличаются 12%-ные хромистые стали. Их минимальная длительная пластичность, оцененная по относительному удлинению, находится на уровне 6—10% даже при очень большой продолжительности испытания.

За рубежом для изготовления паропроводов и элементов котельных агрегатов с температурой стенки до 580—590° С применяют перлитную сталь, содержащую 2,25% Сг и 1% Мо. Хромомолибденовые стали отличаются более высокой длительной пластичностью, чем хромомолибденованадиевые, и менее склонны к образованию локальных разрушений в сварных соединениях. Поэтому представляется целесообразным изготовить опытный паропровод из стали, содержащей 2,25% Сг и 1 % Мо, и провести тщательные наблюдения за ним в процессе изготовления и эксплуатации, а также детально исследовать в лабораторных условиях прочность

Сталь 12Х2МФСР не склонна к тепловой хрупкости. Она отличается высокой длительной пластичностью.

Фторидные бескислородные флюсы не обеспечивают достаточно хорошего формирования швов. Поэтому для сварки высокохромистых сталей рекомендуется применение либо безокислителыюго, высокоосиовного флюса 48-ОФ-6, почти не изменяющего в процессе плавления состава электродной проволоки, либо слабо-окислительного (за счет введения в низкокремнистый флюс некоторого количества окислов железа) флюса АН-17 в комбинации со специальными проволоками 15Х12НМВФБ и 15Х12ГНМВФ. В связи с тем, что при флюсе 48-ОФ-6 выгорание легирующих элементов меньше, чем при флюсе АН-17, прочность и длительная прочность металла швов, выполненных с флюсом 48-ОФ-6, выше, но при меньшей длительной пластичности. Для увеличения их длительной пластичности требуется в этом случае менее легированная электродная проволока.

где No — количество циклов до появления трещины при одноосном напряженном состоянии в условиях кратковременной выдержки металла при высокой температуре; 6 — длительная пластичность металла при рабочей температуре; Л^„ — максимальный перепад температуры в цикле охлаждения; v=a_i20/CT0,220, o_i20 — предел усталости металла при 20 °С, ао,220 — предел текучести металла при 20 °С; К — параметр, учитывающий влияние выдержки при высокой температуре; р — коэффициент линейного расширения. Из (5.27) видно, что N0 сильно зависит от длительной пластичности металла б. Длительная пластичность сталей определяется в первом приближении по результатам испытаний на длительную прочность (где обычно приводится б в момент разрушения) путем аппроксимации экспоненциального выражения в зависимости "от времени:

Проведенные по (5.27) расчеты показывают, что при Д/=-= 180°С в аустенитной стали 12Х18Н12Т, из-за низкой длительной пластичности, трещины могут появиться через несколько десятков. циклов охлаждения [192].

На рис. 1.4 представлены кривые зависимости длительной пластичности образцов из стали 12Х1МФ от параметра Ларсона—

Мюллера Р=Т (С +lgr), испытанных при разных температурах. На полученные прямые при каждой температуре была нанесена точка, соответствующая времени до разрушения 104 ч. Проведенная по этим точкам кривая длительной пластичности при равном времени до разрушения имеет С-образный характер с минимальными значениями в области 600 °С. При несколько более низких и более высоких температурах пластичность стали существенно возрастает.

Рис. 1.4. Температурная зависимость длительной пластичности. Сталь 12Х1МФ. Температура испытаний

Повышение длительной пластичности при температуре 640 °С и выше не связано со сменой типа разрушения. В этом случае температурно-силовые условия

Помимо влияния на свойства жаропрочности холодная пластическая деформация оказывает заметное влияние на длительную пластичность сталей в 18. В результате длительных испытаний при 540 °С образцов из стали 12Х1МФ в наклепанном состоянии выявлено, что под действием наклепа происходит существенное снижение длительной пластичности до 1—7% для наклепанного металла против 8—15% для исходного металла.

При испытаниях на длительную прочность в предварительно деформированном металле поврежденность по длине образца распределена более равномерно, степень локализации поврежденного материала при ползучести в деформированном металле меньше, что оказывает влияние на снижение длительной пластичности стали. На третьей стадии ползучести в деформированном металле скорость накопления повреждений в 2—4 раза больше, чем в недеформированном.

Дальнейшее выделение карбидов в процессе ползучести в условиях эксплуатации по-прежнему идет неравномерно. В областях с повышенной плотностью карбидов в силу их тормозящего действия наблюдается повышенная плотность дислокаций, что в свою очередь способствует более интенсивному выделению карбидов. В результате указанная неравномерность в плотности распределения карбидных частиц сохраняется. Это оказывает свое влияние на различную травимость ферритных зерен. От соотношения двух типов феррита в структуре зависят свойства жаропрочности и особенно длительной пластичности стали.

На рис. 1.17 представлены кривые длительной прочности и пластичности стали 15Х1М1ФЛ с ферритной структурой для двух состояний с различным соотношением равновесного и пересыщенного феррита и с различным содержанием углерода. Снижение длительной пластичности стали с увеличением продолжительности испытаний вызвано укрупнением карбидов по границам зерен.