Исследование влияния длительной высокотемпературной эксплуатации на структуру и свойства аустенитной хромоникельмолибденовой стали

Получена 21 сентября 2021; Принята 24 ноября 2021;
Цитирование: К.А. Охапкин, А.С. Кудрявцев. Исследование влияния длительной высокотемпературной эксплуатации на структуру и свойства аустенитной хромоникельмолибденовой стали. Письма о материалах. 2022. Т.12. №1. С.21-26
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2022-1-21-26

Аннотация

В работе исследовано влияние длительной эксплуатации при температуре 515 °С на структуру и свойства стали марки 08Х16Н11М3. Установлено, что в процессе эксплуатации при температуре 515 °С продолжительностью 195 000 ч в стали марки 08Х16Н11М3 происходит изменение структуры с образованием вторичных фаз, инициированное выделением элементов с ограниченной растворимостью из пересыщенного твердого раствора. Изменение фазового состава в процессе теплового старения приводит к охрупчиванию стали – снижению пластичности.В работе исследовано влияние длительной эксплуатации при температуре 515°С на структуру и свойства стали марки 08Х16Н11М3. Данные по структуре и фазовому составу стали получены с помощью оптической и растровой электронной микроскопии. Фазовый состав стали в равновесном состоянии определен путём термодинамического моделирования в программном пакете FactSage. В результате исследования установлено, что в процессе эксплуатации при температуре 515°С продолжительностью 195 000 ч в стали марки 08Х16Н11М3 происходит изменение структуры с образованием вторичных фаз, инициированное выделением элементов с ограниченной растворимостью из пересыщенного твердого раствора. Обнаружено присутствие в структуре твердого раствора аустенита следующих вторичных выделений: карбид типа М23С6 (M — Cr, Mo), феррит (α), интерметаллидные фазы. На основании сопоставления данных термодинамического моделирования и экспериментального определения фазового состава, установлено, что структура стали находится в состоянии близком к равновесному. Результаты испытаний на статическое растяжение показали, что изменение фазового состава в процессе теплового старения приводит к охрупчиванию стали — снижению пластичности. В целом, механические свойства материала в состоянии после эксплуатации близки к исходным. Временное сопротивление при комнатной температуре на 5 % выше исходного, а в диапазоне повышенных температур 350 – 600°С на 5 –10 % ниже исходного уровня. Предел текучести при температурах 20, 500 и 600°С после эксплуатации повышается на 5 –10 % от исходного уровня, а при температурах 350 и 550°С практически не изменяется. В диапазоне температур 350 – 600°С значения пластичности стали марки 08Х16Н11М3 снижаются на 5 –17 % от исходного уровня. Основной вклад в изменение механических характеристик стали вносят вторичные выделения карбидных и интерметаллидных фаз.

Ссылки (11)

1. YU. F. Balandin, I. V. Gorynin, YU. I. Zvezdin, V. G. Markov. Structural materials for NPP. Moscow, Energoatomizdat (1984) 280 p. (in Russian) [Ю. Ф. Баландин, И. В. Горынин, Ю. И. Звездин, В. Г. Марков. Конструкционные материалы АЭС. Москва, Энергоатомиздат (1984) 280 с.].
2. G. P. Karzov, A. S. Kudryavcev, V. G. Markov, R. N. Grishmanovskaya, YU. M. Trapeznikov, M. A. Anan’eva. Material Science Issues. 2 (82), 23 (2015). (in Russian) [Г. П. Карзов, А. С. Кудрявцев, В. Г. Марков, Р. Н. Гришмановская, Ю. М. Трапезников, М. А. Ананьева. Вопросы материаловедения. 2 (82), 23 (2015).].
3. V. M. Golod, K. D. Savel’ev. Computational thermodynamics in materials science: study guide. Saint-Petersburg, Polytechnic University Press (2010) 218 p. (in Russian) [В. М. Голод, К. Д. Савельев. Вычислительная термодинамика в материаловедении: учебное пособие. Санкт-Петербург, Издательство Политехнического университета (2010) 218 с.].
4. V. S. Mes’kin. Basics of steel alloying. Moscow, State scientific and technical publishing house of literature on ferrous and non-ferrous metallurgy (1959) 688 p. (in Russian) [В. С. Меськин. Основы легирования стали. Москва, Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии (1959) 688 с.].
5. К. Н. Lo, С. Н. Shek, J. K. L. Lai. Materials Science and Engineering R. 65, 39 (2009). Crossref
6. A. M. Parshin. Structure, strength and radiation damageability of corrosion-resistant steels and alloys. Chelyabinsk, Metallurgiya, Chelyabinsk branch (1988) 656 p. (in Russian) [А. М. Паршин. Структура, прочность и радиационная повреждаемость коррозионностойких сталей и сплавов. Челябинск, Металлургия, Челябинское отделение (1988) 656 с.].
7. C.-C. Hsieh, W. Wu. International Scholarly Research Network ISRN Metallurgy. 2012, 732471 (2012). Crossref
8. T. Sourmail. Materials Science and Technology. 17 (1), 1 (2001). Crossref
9. G. P. Karzov, B. T. Timofeev, T. A. Chernaenko. Material Science Issues. 2, 42 (2005). (in Russian) [Г. П. Карзов, Б. Т. Тимофеев, Т. А. Чернаенко. Вопросы материаловедения 2, 42 (2005).].
10. A. F. Padilha et al. Journal of Nuclear Materials. 362, 132 (2007). Crossref
11. F. B. Pikering. Physical metallurgy and steel development. Moscow, Metallurgiya (1982) 184 p. (in Russian) [Ф. Б. Пикеринг. Физическое металловедение и разработка сталей. Москва, Металлургия (1982) 184 с.].

Другие статьи на эту тему

Финансирование на английском языке

1. Министерство науки и высшего образования Российской Федерации - RF----2296.61321X0014