Файл: Белюнас, К. И. Методика исследования и определения свойств стали паровых котлов и другого действующего оборудования [учебное пособие].pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 06.11.2024

Просмотров: 20

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

2582-2

 

 

Т а б л и ц а 2

Классификация действующих паровых котлов по механическим свойствам

металла

деталей согласно пра­

вилам Госгортехнадзора СССР от 1968 г.

 

Количество котлов (%), металл деталей которых показал

следующие

механические свойства:

при растяжении — ств (кгс/лл2), б, % ; при ударе — а н

( кгс/см2)

Наименование

0 в З>32

3 2 ^ 0 в < з е

365>ств < 3 8

38^0В< 40

403sctbSs42 42^ ° в ^ 46

ств З = 46

°в<32

1 5 ^ 6 ^ 1 7

1 7 ^ :6 ^ 2 2

6 ^ .2 2

63=21

6 3 - 2 0

6 ^ 1 9

6 ^ 1 8

или

деталей

а н

> 3

«к 3=з

“ н ^ З

“ н ^ З

« н ^ З

б<15

 

 

 

 

 

 

 

Рабочее давление

котла, к г с /с м 2

 

 

 

до-. 10

свыше 10

свыше

15

 

свыше

39

 

неприем­

 

до 15

до

39

 

 

лемое

Барабаны

—

44,1

15,1

12,6

8,8

6,8

1,9 '

10,7

Жаровые тру­

—

56,9

20,4

10,2

2,3

—

—

10,2

бы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Топки

—

37,7

20,7

11,7

11,7

5,2

—

13,0

Решетки

—

36,6

5,3

5,3

26,4

10,6

5,3

10,5

Днища

—

42,9

19,0

10,0

4,8

4,8

—

9,5

Сухопарники

—

66,7

22,2

—

—

—

—

11,1

Трубы

3,6

35,6

3,6

3,6

10,7

21,4

7,2

14,3

 

0,5

45,8

15,2

8,9

9,2

7,0

2,1

11,3

о

Т а б л и ц а 3

Сводные данные металлографических исследований стали деталей действующих паровых котлов

Особенности микроструктуры — пределы коле­ бания (п.к.) и большинство исследований, обнаруживающих соответствующую особен­

ность (б.п.)

 

Исследованное

количество деталей

паровых

КОТЛОВ.

 

 

 

 

единиц

 

 

 

бараба­

жаровые

ТОПКИ

решетки

днища

сухо­

трубы

ны

трубы

парники

(240)

(154)

(136)

(31)

(32)

(12)

(85)

Балл величины

 

 

зерна

равно-

 

п. к.

1

2—9

1—9

0—10

5—9

4—10

4—8

4—10

 

 

мерные

 

 

6. п.

2

6—7

6—7

7—6

6

 

6

 

6

 

8

 

зерна

феррита

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

микроструктуры,

 

зерна

нерав-

 

п. к.

3

4—8

3—7

2—8

6—7

4—7

6

 

5—7

ГОСТ

5639-65

 

 

номерные

 

 

б. п.

4

6—7

6

 

7—5

6

 

7

 

6

 

6—7

 

 

 

 

 

номер пластин- п. к.

5

3—7

3—7

3—7

3—7

6—7

6—7

3—7

Характер

перлита,

чатого

балла

 

б. п.

6

7—6

 

7—6

 

6—7

6—7

6

 

6

 

6

 

соотношение

 

п. к.

7

5

50

10

50

10

50

10

40

5

50

10

35

5

40

1 U L 1

OZJO-cHj

 

 

зернистого

и

 

 

 

95

50

90

50

90

50

90

60

95

50

90

65

95

60

 

 

 

 

 

 

б. п.

8

 

 

 

 

 

пластинчатого

 

30

 

15

 

20

 

10

40

15

 

10

35

15

 

Количество исследований

в

%,

 

 

 

70

 

85

 

80

 

90

60

85

 

90

65

85

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

обнаруживающих

зернистый

пер-

 

 

9

16,7

 

21,4

 

11,0

 

 

 

 

 

16,6

 

 

 

ЛИТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12,9

 

15,6

 

33,0

Соотношение

перлита и феррита,

 

п. к.

10

5

50

5

40

5

50

10

40

10

35

10

25

15

50

шкала

№

7 ГОСТа

8233-56

 

 

б. п.

11

95

50

95

60

95

50

90

60

90

65

90

75

85

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 0

 

2 0

 

20

 

25

 

2 0

 

20

 

35

 

Балл

структурно

 

 

 

 

 

 

п. к.

12

80

 

80

 

80

 

75

 

80

 

80

 

65

 

 

свободного це-

 

1—5

1—5

1—4

1—3

1—3

1—3

1—4

ментита,

шкала

№

1

ГОСТа

б. п.

13

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5640-68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

1 -2

*

2

 

2

 

1—2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение

таблицы 3

Количество исследований (в %),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

обнаруживающих

структурно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

свободный! цементит

 

 

 

 

 

 

14

86,3

 

92,7

 

85,2

 

74,2

 

96,9

91,6

 

70,2

 

 

 

 

 

 

 

 

IOC

п. к.

15

1—2

 

1—2

 

1—2

 

1—3

 

1

 

1—2

1

 

 

 

 

 

 

Оксиды

ОТ

16

1—4

 

1—4

 

1—5

 

1—2

 

1—2

1—2

 

1—2

 

 

 

 

 

о с

б. п.

17

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Балл неметалли-

 

 

 

 

от

1-8

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

1

 

 

 

 

 

сх

 

 

19

1—4

 

1—3

 

1—5

 

1—2

 

1—4

2

 

1—2

ческих

включений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по стандартным

 

 

 

 

СП п. к.

20

1—3

 

1-^3

 

1—3

 

1—3

 

1—3

1—2

 

1—3

шкалам.

 

 

 

Силикаты

сн

 

21

1—3

 

1—3

 

1—2

 

1—2

 

1—2

1—2

 

1—2

ГОСТ 1776-62

 

 

сх

 

 

22

1—>2

 

1—2

 

1

 

1

 

2

 

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СП б. п.

23

1

 

1

 

1—2

 

2

 

1—2

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сн

 

 

24

1

 

1

 

1

 

2

 

1—2

1

 

1

 

 

 

 

 

 

Сульфиды

 

 

п. к.

25

1—5

 

1—4

 

1—4

 

1—4

 

1—3

1—2

 

1—2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б. п.

26

1—2

 

1

 

1—2

 

1

 

1

 

1

 

1

 

Балл видманштеттовой структуры,

 

п. к.

27

1—2

 

1—2

 

1—3

 

1—2

 

____

 

. .

 

1—2

 

шкала № 4 ГОСТа 5640-68

 

 

 

б. п.

28

1

 

1

 

1

 

1

 

—

 

—

 

1

 

Количество исследований (%), об­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

наруживающих

видманштеттовую

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

структуру

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29

12,5

 

5,1

 

12,5

 

25,8

 

—

 

—

 

29,3

 

Балл

полосчатости

структуры,

п. к.

30

1—4

 

1—4

 

1—5

 

1—4

 

1—4

 

1 -3

 

1—3

 

шкала № 3 ГОСТа 5640-68

 

 

б. п.

31

1—2

 

1

 

1—2

 

1

 

1

 

1

 

1

 

Количество

исследований

(%),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

обнаруживающих

 

полосчатость

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

структуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32

85,0

 

86,0

 

86,0

 

84,0

 

81,0

 

91,5

 

81,0

 

Количество

иссле-

пластинчатый

 

един.

33

23

 

19

 

12

 

2

 

—

 

3

 

7

 

перлит

в

зернах

 

 

 

9,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дований,

обнару-

феррита

 

 

 

%

34

 

12,4

 

8,8

 

6,4

 

—

 

25,0

 

8,2

 

живающил:

 

*

 

 

 

 

един. бо

2

 

2

 

—

 

—

 

1

 

Z

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

трещины

 

 

%

36

0,84

 

1,30

 

 

 

 

 

3,10

 

8,20

 

Сводные данные исследования взаимосвязи микроструктуры

 

 

Среднее значение

показателей

механических

свойств

(ориенти

 

 

Номер балла

величины зерна феррита,

Номер

балла

 

характера

 

Показатели

пластинчатого

перлита,

 

 

 

ГОСТ 5639-65

 

 

 

шкала

 

№

I,

 

свойств

 

 

 

 

 

 

 

ГОСТ 8233*56

 

 

4

5

6

7

8

9

3

4

 

6

7

HB. кГ/жж2

105

107

113

117

126

129

122

122

 

115

102

а т,

22,5

23.0

24,7

24,6

27,0

30,0

27,2

27,0

25,6

23,6

o

l

34,2

35.0

38,0

39,3

41,0

42,0

42,0

41,3

39,6

36,0

в,

%

21,6

22,8

23,0

32,2

23,0

23,4

15,5

19,7

23,0

23,4

Ф,

53,0

55,0

54,0

55,0

55,0

55,2

49,0

50,8

55,5

55,6

а я ,к Г м / с м г

3,5

9,1

10,1

10,0

10,0

9,8

6,0

9,0

10,6

9,8

 

Результаты

исследования

структуры

металла отражают

его химический состав, способы производства, режимы терми­ ческой и механической обработки, т. е. факторы, предопреде­ ляющие состояние, свойства и поведение металла в различных условиях его использования. При наличии данных металлогра­

фического

исследования показатели механических свойств

в наших

опытах никогда не были для нас неожиданными.

Котельная сталь, содержащая мало углерода (около 0,01%), 0,02% серы и 0,02% фосфора, показала низкую пластичность потому, что в ней были обнаружены видманштеттность струк­ туры, крупные зерна, трещины и т. п. Сталь, содержащая значительное количество серы (до 0,05% и больше) и до 0,05% фосфора, обнаружила неплохую пластичность, посколь­ ку в её структуре не оказалось пороков.

Взаимосвязь особенностей основных составляющих микро­ структуры с показателями механических свойств котельной стали иллюстрируют данные таблицы 4.

Из таблицы видно, что чем мельче зерна феррита, тем вы­ ше прочностные свойства и пластичность металла. Более прочным и менее пластичным оказался металл с более дисперсным пластинчатым перлитом, высокой степенью соот­ ношения перлита и феррита, а также с невысоким баллом видманштеттности структуры. Чем выше степень соотношения зернистого и пластинчатого перлита, тем ниже оказалась

Таблица 4

и механическ их свойств стали деталей действующих паровых котлов

ровочные) при обнаружении следующих особенностей характеров микроструктуры ‘

Соотношение

Соотношение

 

№ балла

характера, ГОСТ 5640-68

 

зернистого

и

 

 

 

 

 

 

 

 

перлита

и

 

 

 

 

 

 

 

 

пластинчатого

 

феррита,

7,

структурно

свободного

це­

видманштеттовой

 

перлита,

шкала

№

 

структуры,

шкала

№ 9

ГОСТ 8233-56

ментита,

шкала № I

 

шкала

№ 4

ГОСТ

8233-56

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5/95

35/65

50/50

5/95

20/80

35/65

0

1

2

3

4

0

1

2

124

103

96,7

98,0

105

 

126

114

108

106

104

107

108

123

127

28,0

23,2

21,5

21,6

24,0

 

28,5

26,0

25,0

24,6

23,0

24,9

24,0

26,0

26,2

43,0

34,1

33,8

33,8

37,0

 

33,0

39,0

38,0

37,5

35,6

36,4

37,0

40,3

42,3

27,0

24,6

25,0

24,5

22,0

 

21,6

23,5

21,8

22,3

22,4

22,0

22,0

20,0

17,4

53,0

57,8

56,5

53,5

54,0

 

53,5

55,5

55,0

53,5

54,0

53,3

54,0

52,0

50,0

9,4

8,3

9,2

7,3

9.9

 

80,4

9,8

10,6

8,5

9,2

9,5

10,0

9,0

6,4

прочность и выше •— пластичность. Опыты показали, 41

структурно свободный цементит на механические свойства стали почти не влияет.

Таким образом, данные наших исследований свидетель­ ствуют о том, что структура котельной стали наглядно отра­ жает её качества и механические свойства, поэтому при опре­ делении пригодности металла в первую очередь необходимы данные металлографического анализа. Однако приведенные нами данные не выражают достаточно четко взаимосвязи особенностей структуры и свойств, поскольку автор в период опытов не располагал необходимым объёмом металла, пред­ ставляемого промышленными предприятиями для исследова­ ния (этот металл вырезался из котлов, находящихся в экс­ плуатации).

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТАЛЕЙ МАРОК

08, 15, 20 и 45

При исследовании указанных сталей зафиксированные нами особенности микроструктуры сопоставлялись с парал­ лельно определяемыми показателями свойств для отдельных марок сталей и изображались в виде диаграмм, в которых наглядно отражались влияния и закономерности взаимосвязей строения отдельных фаз и общей микроструктуры с показа­ телями свойств.

12

13

 

Изучение особенностей строения и влияния феррита микро­ структуры на механические свойства сталей показало, что с увеличением зерен феррита как полиэдрических округленной формы, так и игольчатых, в пределах от 8 до 1 балла, показа­ тели (тв (временного сопротивления при растяжении) и б (от­ носительного удлинения) падали, а Р (релаксационная стой­ кость — ресурс или доля остаточного напряжения от началь­ ного в %) повышалась.

Такое изменение этих свойств в связи с укрупнением зерен феррита происходит потому, что в крупнозернистой структуре суммарная межфазовая зона (она способствует развитию диффузионных процессов при повышенных температурах, а при комнатной оказывает увеличенное сопротивление пла­ стической деформации, т. к. атомные решетки материала этой зоны претерпевают своего рода деформацию) оказывает­ ся уменьшенной по сравнению с такой же зоной мелкозерни­ стой структуры.

Всвязи с увеличением игольчатости зерен — видманштет-

тности структуры в пределах от 0 до 2—3 баллов ов сталей увеличивалась, а б уменьшалась. Дальнейшее возрастание видманштеттности вело к падению не только б но и ов. Измене­ ние этих свойств в связи с изменением видманштеттности происходит потому, что при образовании видманштеттовой структуры в результате ускоренного охлаждения металла, нагретого до высоких температур, возникают высокие внутрен­ ние напряжения.

С повышением игольчатости до 2—3 баллов Р повышалось. Дальнейшее возрастание видманштеттности до 4—5 баллов вело к падению Р, и тем сильнее, чем больше перлита обна­ руживалось в структуре стали.

Такое изменение Р происходит потому, что при повышении видманштеттности сверх 2—3 баллов образуется структура, обладающая большим количеством дефектов кристаллическо­ го строения, которые способствуют развитию диффузионных процессов при повышенных температурах, в то время как при обнаружении низких баллов видманштеттности зерна струк­ туры оказываются крупными, а внутрикристаллических де­ фектов бывает мало.

Всвязи с увеличением дисперсности пластинчатого перли­ та как в мелко-, так и в крупнозернистой микроструктуре, сгв сталей увеличивалась, а б и Р уменьшались.

Изменение этих свойств связано с тем, что при повышении дисперсности перлита образуется больше дефектов кристалли­

14

Смотрите также файлы