WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Степень остаточной деформации стали 12Х18Н10 при формировании гибкой части компенсатора из ленты методом сварки вследствие технологической наследственности, по данным литературных источников, не превышает 13 % (соответствует остаточным напряжениям менее 400 МПа). Таким образом, проведенные исследования показали, что существенного образования мартенсита деформации как анодной составляющей микроструктуры стали (Мд превращение) в количествах, достаточных для усиления коррозии, при принятой технологии изготовления гибкой части компенсаторов не происходит. Исследованный диапазон варьирования скоростей деформирования (скоростей сварки) не оказывает практического влияния на повышение коррозионной активности стали.

На рис. 2 представлены потенциостатические поляризационные кривые стали 12Х18Н10 в 3%-м хлориде натрия со свободным и затрудненным доступом кислорода (моделирование щелевой коррозии). Как видно из рис.2, при затрудненном доступе кислорода исследуемая сталь теряет пассивность и ведет себя как активная (что характерно для углеродистых и низколегированных сталей). При этом плотность тока саморастворения увеличивается в 2-2,5 раза, а при поляризации – на порядок и более.

Анализ поляризационной кривой 2 позволяет определить скорость коррозии и выявить область потенциалов блуждающих токов, не вызывающих существенного усиления скорости коррозии сильфонных компенсаторов тепловых перемещений теплопроводов канальной прокладки из сталей типа 1810. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

-1,-0,-0,0,0,1,1,0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 Плотность тока i, мА/смРис. 2. Поляризационные кривые для стали 12Х18Н10 в 3%-м NaCl:

1 – со свободным доступом кислорода;

2 – с затрудненным доступом кислорода Таблица Скорость коррозии стали 12Х18Н10 в зависимости от поляризационного потенциала Поляризационный потенциал, В -0,25 -0,1 0,0 +0,1 +0,2 +0,(МСЭ) Скорость корро- зии, мм/год 0,001 0,003 0,100 1,000 7,800 244,Для рассматриваемых условий сильфонные компенсаторы из тонколистовой стали 12Х18Н10 могут эксплуатироваться без защиты в области потенциалов блуждающих токов отрицательнее минус 0,1 В по медносульфатному электроду сравнения (МСЭ).

Потенциал -, В ( по МСЭ ) Потенциал -, В ( по ХСЭ ) Аналогичные значения имеют и другие стали этого типа (12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н9, 08Х18Н10Т).

Распределение микротвердости и микроструктуры по глубине и сечению гофра изучали на серийном компенсаторе с Ду= 300 мм, полученном контактно-роликовой сваркой с одновременным профилированием ленты из стали 12Х18Н10. Из анализа результатов исследования следует, что наклеп в процессе изготовления гибкой части компенсатора сваркой из ленты распределяется равномерно по сечению на всю глубину металла. Такая однородность распределения микротвердости и характера микроструктуры по глубине гофра делает возможным перенос результатов малоцикловых коррозионно-усталостных испытаний, проведенных на пластинах на всю конструкцию гофрированной оболочки.

С целью определения влияния полей блуждающих токов на малоцикловую долговечность сильфонных компенсаторов тепловых расширений теплопроводов, эксплуатирующихся в условиях нестационарных режимов нагружения, были проведены малоцикловые усталостные испытания стали 12Х18Н10 на воздухе и в 3%-м хлориде натрия в том числе с анодной поляризацией +0,2 В (по МСЭ), выявленной в ходе проведенных трассовых исследований на теплопроводах городского теплоснабжения. По результатам усталостных испытаний были построены зависимости чисел циклов до разрушения стали от размаха приложенной деформации (рис. 3). Ранее проведенными исследованиями было выявлено снижение коррозионноусталостной долговечности исследуемой стали в 3%-м хлориде натрия во всем диапазоне приложенных амплитуд деформации, не превышающее 30 %.

Как видно из рис. 3, анодная поляризация оказывает наиболее сильное влияние на коррозионно-усталостную долговечность стали 12Х18Н10. При этом наблюдается более чем двухкратное снижение циклической долговечности, что необходимо учитывать при выборе места установки компенсаторов в зависимости от наличия и амплитуды блуждающих токов и назначении их ресурса.

на воздухе в 3%-м хлориде натрия при поляризации +0,2В (МСЭ) 0,1000 10000 Число циклов до разрушения, N циклов Рис. 3. Кривые малоцикловой усталости для стали 12Х18НЗависимости долговечности от величины пластической деформации при малоцикловом нагружении описываются известными соотношениями Коффина-Мэнсона (р Nm = C) и Лэнджера (р = СN – m + -1/E), где р - амплитуда упругопластической деформации; N – число циклов до разрушения; -1 – предел усталости сплава; Е – модуль упругости стали; С – постоянная, зависящая от механических свойств материала; m – показатель степени, зависящий от физико-механических свойств стали и влияния коррозионной среды.

При расчетах долговечности без учета коррозионного влияния среды показатель степени m принимается равным 0,5 для В <700 МПа или находится из выражения m = 0,36 + В210-4 для 700 < В < 1200 МПа (где В – временное сопротивление при разрыве). Параметр С, связанный с пластическими свойствами металла, принимают равным 0,55 или находят как С=0,5ln[1/(1-)], где - относительное поперечное сужение сплава при раз Амплитуда деформации 2, % рыве, 5 - относительное удлинение сплава при разрыве, определенное на пятикратных образцах.

Для сталей типа 18-10 (близких по химическому составу и коррозионной стойкости) механические свойства, особенно такие как В,, 5, могут существенно отличаться в зависимости от термообработки, сортамента и состояния поставки. Так, например, даже одна из наиболее популярных сталей этого типа 12Х18Н10Т имеет по ГОСТ 5582-93 В = 900-1000 МПа и 5 = 10% в нагартованном состоянии и В = 750 МПа, 5 = 25% в полунагартованном состоянии, а для тонколистового проката В = 540 МПа, 5 = 45%. Тонколистовая сталь этой марки после закалки с 1000-10800С и охлаждения в воде или на воздухе имеет В = 540 МПа, 5 = 38 %. Сортовая калиброванная сталь этой марки после аналогичной термической обработки имеет В= 520 МПа, Уравнение Лэнджера =0,255N-m+-1/E 0,0,0,0,0,0,0,1,Рис. 4. Графическое определение малоцикловой долговечности (Nцикл) сталей 12Х18Н10 и 12Х18Н10Т %, е и н е н и л уд е о н ь л е т и с о н т О в о л к и ц, N я и н е ш у р з а р о д в о л к и е ц и н е о а л л в П и с М т, и о р в Ч п о с е в е о ы н р н з е а А м п р л м и т у д е а и д е ф р о р р м а В п ц и и, % а 5 = 40%. Такие же существенные отличия механических свойств в зависимости от поставки, сортамента и термической обработки имеют и другие стали этого типа.

Очевидно, что состояние поставки, термообработка и сортамент этого сплава необходимо учитывать при расчетной оценке его усталостной долговечности. Это подтверждается полученными в работе сравнительными результатами расчетных и экспериментальных усталостных долговечностей для различных состояний исследуемого сплава. Также очевидно, что сортность и состояние поставки, в соответствии с вышесказанным, оказывает значительное влияние и на величины показателя степени m и параметра С.

На основании результатов исследований и их анализа построен трехмерный график (рис. 4), позволяющий определить малоцикловую долговечность (Nцикл) изделий из сталей 12Х18Н10 и 12Х18Н10Т с учетом их прочностных и пластических свойств в состоянии поставки.

В четвертой главе представлены результаты сравнительных исследований коррозионно-усталостного поведения, микроструктуры и физикомеханических свойств сварных соединений, полученных микроплазменной и контактно-роликовой сваркой стали 12Х18Н10Т в диапазонах регламентируемых режимов сварки, используемых для изготовления гибкой части изделий с ГМО.

В табл. 2 и 3 приведены результаты малоцикловых усталостных и коррозионно-усталостных испытаний сварных соединений стали 12Х18Н10Т при анодной поляризации +0,2 В (МСЭ).

На рис. 5 представлены микроструктуры сварных соединений стали 12Х18Н10Т, полученных микроплазменной сваркой.

Как видно из рис. 5, с увеличением скорости сварки больше 80 м/ч структура сварного соединения становится более неоднородной, что может отрицательно сказываться на коррозионно-усталостной долговечности сварных соединений. Исследования микротвердости сварных соединений не вы- Таблица Усталостная долговечность сварных соединений стали 12Х18Н10Т, полученных микроплазменной сваркой в зависимости от скорости сварки Размах де- Число циклов до разрушения, N циклов формации, 120…125 м/ч 90…100 м/ч 70…80 м/ч 60…70 м/ч 2, % на воздухе при поляриза- на воздухе при поляриза- на воздухе при поляриза- на возду- при поляризации, в 3 %-м ции, в 3 %-м ции в 3 %-м хе ции, в 3 %-м NaCl NaCl NaCl NaCl 4,0 390 220 320 180 330 250 450 3,0 680 350 580 310 630 425 630 2,0 1600 495 1250 400 1680 670 1000 1,0 5900 1830 4000 2050 4500 2680 3700 0,9 7300 2370 5000 2600 7000 3730 5200 0,8 9000 2950 6000 3060 10100 5000 7900 0,7 13000 3800 7900 3840 17000 7420 11000 Таблица Усталостная долговечность сварных соединений стали 12Х18Н10Т, полученных контактно-роликовой сваркой в зависимости от частоты импульсов сварочного тока Размах де- Число циклов до разрушения, N циклов формации, 25 импульсов в минуту 100 импульсов в минуту 2, % на воздухе в 3 %-м NaCl при поляризации, на воздухе в 3 %-м NaCl при поляризации, в 3 %-ном NaCl в 3 %-ном NaCl 4,0 450 220 210 390 210 3,0 850 490 410 750 380 2,0 2050 1230 680 1900 580 1,0 10050 6500 4980 8900 2000 0,9 12000 9200 5320 11000 3500 0,8 15000 12000 9000 15000 8100 0,7 19000 18000 13250 19900 15000 явили однозначного влияния микротвердости на коррозионно-усталостную долговечность при малоцикловом нагружении.

Скорость сварки 60-70 м/ч Скорость сварки 70-80 м/ч Скорость сварки 90-100 м/ч Скорость сварки 120-125 м/ч Рис. 5. Микроструктуры сварных соединений стали 12Х18Н10Т, полученных с различными скоростями микроплазменной сваркой (х 100) Проведенные малоцикловые коррозионно-усталостные испытания и металлографические исследования показали, что скорости микроплазменной сварки оказывают неоднозначное влияние на усталостную и коррозионноусталостную при внешней анодной поляризации долговечности сварных соединений стали 12Х18Н10Т.

Малоцикловые усталостные и коррозионно-усталостные испытания контактно-роликовых сварных соединений, полученных с различной частотой импульсов сварочного тока, показали, что большей циклической долговечностью как на воздухе, так и в коррозионно-активной среде, в том числе при анодной поляризации, обладают соединения, полученные с частотой тока имп./ мин.

С целью определения причин такого поведения сварных контактнороликовых соединений были проведены исследования их микро- и макроструктуры, показавшие, что сварные соединения, полученные с частотой сварочного тока 25 имп./мин, обладают более однородным характером пере крытия ядер шва по сравнению со 100-импульсной сваркой (рис. 6).

Частота импульсов сварочного тока Частота импульсов сварочного тока 25 имп./мин 100 имп./мин Рис. 6. Макростуктуры сварных контактно-роликовых швов (х 50) Вероятно, более высокая неоднородность поверхности сварного шва, формы и размеров ядер сплавления, полученных с частотой импульсов сварочного тока 100 имп./мин, оказывает негативное влияние на усталостную и коррозионной усталостную долговечность сварных соединений, связанное также с более высокой степенью концентрации напряжений на участках пересечения ядер, что подтверждается результатами измерения микротвердости.

Следует отметить, что усталостная и коррозионно-усталостная долговечность сварных микроплазменных и контактно-роликовых швов ниже, чем у основного металла, особенно в области упругопластических деформаций.

Для сварных соединений, полученных контактно-роликовой сваркой, были проведены электрохимические поляризационные исследования. Из результатов анализа поляризационных кривых, сведенных в табл. 4, следует, что сварные соединения, полученные с частотой сварочного тока имп./мин, обладают более высокой коррозионной стойкостью, хотя в обоих случаях она пренебрежительно мала и не вызывает опасности разрушения изза общей коррозии.

В этой связи для изготовления гибкой части металлорукавов из нержавеющих аустенитных хромоникелевых сталей типа 18-10 предлагается применять контактно-роликовую сварку с частотой импульсов сварочного тока 25 имп./мин и микроплазменную сварку со скоростью 70-80 м/ч, которые по зволяют получить сварные соединения с наибольшей коррозионноусталостной долговечностью в условиях анодной поляризации.

Таблица Частота им- Стационар- Плотность Показатель Скорость Микропульсов сва- ный потен- тока корро- потери корро- тверрочного тока, зии iкор, массы Кm-, зии, циал ст, дость Н, имп./мин мкА/см2 мм/год мВ г/(м2год) МПа 25 -310 0,2 18,26 0,0023 100 -400 0,4 36,51 0,0046 основной ме- талл -250 0,1 9,13 0,0010 Одним из основных факторов, позволяющих определить назначаемый гарантированный ресурс изделий с ГМО, является рабочая длина гибкой части и эпюра изменений деформаций в течение всего периода эксплуатации в соответствующих средах. В этой связи по заказу «Тепловых сетей» ОАО «Башкирэнерго» г. Уфы на основе проведенных исследований был разработан расчетно-графический метод определения ресурса сильфонных компенсаторов тепловых перемещений теплопроводов с учетом колебаний температуры теплоносителя в отопительный сезон. Метод позволяет также выбрать оптимальный типоразмер компенсатора в зависимости от места установки и длины линейного участка теплопровода между компенсаторами тепловых расширений.

Все исследованные сварные швы и основной металл (стали 12Х18Н10 и 12Х18Н10Т) были испытаны на склонность к межкристаллитной коррозии с целью обоснованной замены стали 12Х18Н10Т (не склонную к МКК) на более дешевую сталь 12Х18Н10 (в ряде случаев склонной к МКК, особенно в области сварных швов). Все сварные швы оказались устойчивыми против МКК.

Пятая глава посвящена исследованию возможности повышения ресурса сильфонных компенсаторов тепловых перемещений путем ингибирования коррозии и коррозионно-усталостного разрушения в условиях эксплуатации при воздействии анодной поляризации блуждающими токами.

С целью повышения коррозионной стойкости сильфонных компенсаторов из сталей типа 18-10 к питтинговой и общей коррозии был исследован кубовой остаток производства СЖК, модифицированный рядом новых органических соединений, целенаправленно синтезированных в качестве ингибиторов коррозии.

В качестве кубового остатка использовался готовый продукт – связующий литейный марки КО по ТУ 38.1071277-90, представляющий собой раствор кубового остатка производства СЖК марок А и В. Он предназначен для использования в литейном производстве при изготовлении стержней всех классов сложности, машинной и ручной формовки и для изготовления форм.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»