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

20

)

ли тех или иных свойств металла по структуре, нужны соот­ ветствующие справочные данные для отдельных марок металла.

Сказанное выше свидетельствует о том, что данные метал­ лографического исследования, в прошлом казавшиеся чисто качественными и поэтому не представлявшие для практиков интереса, на самом деле в сопоставлении с показателями свойств для всех особенностей структуры данного металла (хотя бы в соответствии с нашим подходом) приобретают большую ценность, они оказываются достоверными для оцен­ ки состояния металла — установления его пригодности к той или иной форме использования, а также для определения параметров режима работы оборудования. Кроме того, при металлографическом исследовании ориентировочно определя­ ется химический состав металла.

К сожалению, методика металлографических исследований до сих пор не стандартизирована, отсутствует согласованная форма фиксирования результатов. Металлографические иссле­ дования производятся по индивидуальной методике, при под­ ведении результатов нет единой формы, оценки качества носят описательный характер. В заключении металлографического исследования не всегда указывается пригодность металла для работы в данных конкретных условиях. В значительной мере из-за отсутствия единой методики металлографических иссле­ дований снижается их практическая ценность. Единая методи­ ка металлографического исследования и форма фиксирования его результатов необходимы для наглядного и четкого пред­ ставления о качестве металла.

Для того, чтобы данные металлографического исследова­ ния всесторонне характеризовали качество металла, они дол­ жны быть:

а) приведенными согласно определенной методике; б) содержать критерии, оценивающие количественные по­

казатели свойств.

При иследовании котельных и других углеродистых сталей мы фиксировали результаты металлографического анализа в анкете постоянной формы, примерно в той последователь­ ности, в какой формируется структура металла при его охлаж­ дении. Применяемая нами форма протокола фиксирования данных металлографического исследования котельной стали приводится ниже.

21

Протокол для характеристики микроструктуры котельной стали

1.Величина, равномерность и форма зерен феррита.

2.Ишльчатость зерен феррита (видманштеттность струк­

туры).

3.Дисперсность пластинчатого перлита.

4.Соотношение перлита и феррита.

5. Соотношение зернистого и пластинчатого перлита,

атакже их дисперсность.

6.Строение цементита.

7.Вид и строение неметаллических включений.

8.Полосчатость структуры.

9.Особенности дефектов и пороков структуры (трещины, графит, обезуглероживание, коррозия, пластическая деформа­ ция, рекристаллизация и пр.).

10.Выводы с указанием о целесообразности и способа дальнейших исследований металла.

Предложенная нами форма протокола для результатов металлографического исследования заставляет касаться осо­ бенностей фаз структуры металла и подробно их описывать, при этом обязательно придерживаясь соответствующих стан­ дартных шкал. Те особенности и пороки структуры, для ха­ рактеристики которых стандартные шкалы не существуют, следует подробно описывать и оценивать их влияние на свой­

наглядно отражается строение металла, ретроспективно опре­ деляются способы его производства и обработки, оценивается состояние и возможное поведение металла в будущем в тех или иных условиях, а также его рациональное использование, целесообразность и способы дальнейших исследований.

В заключении металлографического исследования надо указывать степень пригодности данного металла на конкрет­ ном объекте и его способность работать в тех или иных режи­ мах, а также указывать целесообразность и способы дальней­ ших исследований.

Следует отметить, что метод исследования макро-микро­ структуры пока полностью не характеризует субструктур, воз­ никающих при пластической деформации и в процессах старения и в значительной мере влияющих на хрупкость ме­ талла. Поэтому при необходимости иметь характеристику

22

хрупкости, параллельно с металлографическим анализом следует провести испытания металла на ударную вязкость, так же, как это делается вместе с механическим испытанием металла на разрыв.

Из вышесказанного следует, что наиболее рациональной схемой исследования металла для установления его качества — годности металла вообще и для работы оборудо­ вания в том или ином режиме в частности — является следую­ щая:

1.Исследования макро-микроструктуры,

2.Определение ударной вязкости.

Для исследования макро-микроструктуры и определения ударной вязкости металла по методу Н. И. Давиденкова до­ статочно сделать из листа стали вырезку диаметром 15 мм

именьше.

Втех случаях, когда по техническим условиям для данно­ го изделия не требуется характеристики хрупкости металла как, например, для стали паровых котлов, работающих при давлении пара ниже 15 кгс/см2, достаточно исследования только макро-микроструктуры. И только тогда, когда метал­ лографическое исследование покажет, что структура металла содержит пороки и дефекты, указывающие на невозможность его использования в ответственных конструкциях, целесо­ образно провести механические испытания, которые определя­ ют насколько пригоден металл для иных, менее ответственных конструкций.

ЗА К Л Ю Ч Е Н И Е

Впромышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве страны находятся в эксплуатации тысячи паровых котлов, качество металла которых с течением времени меняется. По правилам Госгортехнадзора металл, находящийся в эксплуата­ ции паровых котлов, проверяется главным образом путем ме­

ханических испытаний, которые связаны со значительным, а подчас и недопустимым повреждением конструкций при вы­ резке заготовок образцов, а также с использованием сложного и дорогостоящего оборудования. При этом механические ис­ пытания характеризуют качество металла неполно.

При исследовании макро-микроструктуры, механических свойств и химического состава стали 690 различных деталей 389 паровых котлов, находящихся в эксплуатации, мы обнару­ жили в металле большое разнообразие составляющих фаз,

23

общих структур и пороков. В целом структура, механические свойства и химический состав сталей всех деталей паровых котлов оказались весьма сходными, за исключением металла труб. При обработке данных исследования и испытания стали деталей котлов мы фиксировали взаимосвязи характеров микроструктуры с показателями механических свойств. Для сталей одинакового химического состава получены различные механические свойства, зависящие от характера структуры. Стали, содержащие малое количество углерода, серы и фосфо­ ра, показали низкую пластичность потому, что в структуре оказались неметаллические включения, трещины, игольчатость зерен и пр. Стали со значительным количеством серы и фосфо­ ра, но без пороков структуры, показали неплохую пластич­ ность и прочность. Имея данные металлографического иссле­ дования, мы всегда могли предугадать показатели механиче­ ских свойств металла. Взаимосвязь показателей механических свойств с характерами макро-микроструктуры всегда обнару­ живалась. Однако ввиду ограниченного объёма металла, представленного нам предприятиями (этот металл вырезался из котлов, находящихся в эксплуатации), мы не смогли уста­ новить такие взаимосвязи точнее.

Для установления взаимосвязей особенностей микрострук­ туры котельной и других сталей с количественными показате­ лями механических свойств мы провели исследования макро­ микроструктуры, испытания механических свойств на растяже­ ние и удары при комнатной температуре и релаксации напряжения при температуре +430° С сталей марок 08, 15, 20 и 45, обработанных термически различными методами.

Исследования показали, что при изменении микрострукту­ ры этих сталей (феррита, перлита и цементита), а также при изменении общей структуры при отжиге, нормализации, за­

Результаты наших исследований еще раз показали, что свойства сталей непосредственно зависят от особенностей мак­ ро-микроструктуры. Сопоставление данных металлографиче­ ского исследования, полученных по предложенной нами мето­ дике, с показателями механических свойств при растяжении выявило закономерности взаимосвязи между особенностями структуры и количественными показателями механических свойств при растяжении. Заданным показателям механиче­

24

ских свойств металла, например котельной стали, означаю­ щих, что металл годен для парового котла вообще или его работы в определенном режиме, в частности, по требованиям правил Госгортехнадзора, должны соответствовать определен­ ные особенности строения фаз и общей структуры.

Таким образом, по характеру микроструктуры методом сопоставления ориентировочно определяем показатели проч­ ности и пластичности металла — его годность и способность оборудования работать в том или ином режиме. Кроме того, результаты исследования структуры дают представление о поведении металла в тех или иных условиях при эксплуата­ ции оборудования, как это показывают данные исследования релаксации напряжения. Однако для того чтобы точно опреде­ лить показатели свойств металлов по структуре, нужны соот­ ветствующие данные для отдельных марок металла или их групп.

Недостатком металлографического исследования является то, что он не характеризует субструктуры, возникающие при пластической деформации и в процессах строения металла, которые на прочность и пластичность при растяжении обычно влияют слабо, но на хрупкость металла оказывают сильное влияние. Для получения характеристики хрупкости параллель­ но с металлографическим анализом следует провести испыта­ ние металла на ударную вязкость так, как это делается при механическом испытании на разрыв.

Основываясь на том, что результаты исследования макро­ микроструктуры достоверно характеризуют качество металла и дают возможность ориентировочно определить показатели свойств, в том числе и те, которые предусмотрены правилами Госгортехнадзора, считаем первоочередным для проверки ка­ чества металла металлографическое исследование.

Наиболее рациональной схемой исследования для устано­ вления качества металла находящихся в эксплуатации паро­ вых котлов и другого оборудования считаем такую:

1.Исследование макро-микроструктуры,

2.Испытание ударной вязкости.

По результатам металлографического исследования опре­ деляем вероятное состояние и поведение металла в будущем, показатели механических свойств и (ориентировочно) химиче­ ский состав, целесообразность и способы дальнейших исследо­ ваний металла. Данные испытания ударной вязкости харак­ теризуют хрупкость металла.

25