Результаты освоения производства труб из 12%-ной хромистой стали, легированной упрочняющими элементами

Холоднокатаные и холоднотянутые тонкостенные трубы нз хромистой нержавеющей стали уже давно нашли применение в ряде отраслей народного хозяйства, однако в энергомашиностроении их до последнего времени не применяли.

Данных по эксплуатации этих сталей в качестве материала паропроводных и перегревательных труб энергоустановок в США и ФРГ также немного, причем трубы работали при сравнительно невысоких температурах (до 500—550°С).

Для труб энергоустановок, предназначенных для работы с температурой до 560°С, широко используют перлитные стали с 1-3% Сг.

В связи с разработкой энергоустановок сверхвысоких пара-метров резко возрос интерес к хромистым нержавеющим сталям, так как перлитные стали при >500 °С, имеют низкие жаропрочные свойства и неудовлетворительную окалиностойкость. Наиболее нагреваемые части пароперегревателей паровых котлов вынуждены были выполнять из дорогостоящих аустенитных сталей с 9—12% Ni.

Анализ условий работы и требований, предъявляемых к материалу труб парокотельных установок, дал возможность рекомендовать для этих целей сталь 12Х11В2МФ (ЭИ756), которая уже достаточно подробно была обследована на промышленном металле для поковок и литья.

Исследованиями, проведенными Украинским трубным институтом, установлена хорошая технологичность этой стали в процессе горячей и холодной прокатки труб, изготовлены опыт- но-промышленные партии пароперегревательных и паропроводных труб; качество труб удовлетворительное. В процессе производства труб из стали ЭИ756 особых технологических трудностей не встретилось; режимы прокатки мало отличаются от ре-жимов прокатки труб из перлитных сталей.

Результаты исследования свойств паропроводных труб свидетельствуют о том, что кратковременные механические и жаропрочные свойства труб достаточно высокие.

Пароперегревательные трубы изготавливали размером 32X X 6 мм. Термическую обработку этих труб проводили в камерной печи и она состояла из нормализации с температуры 100т— 1050°С и отпуска при 720—750 °С (выдержка 3 часа, охлаждение после отпуска на воздухе). Паропроводные трубы размером 273x36 мм нагревали до температуры нормализации в методи-ческой печи, а отпуск проводили в камерной печи при 700 — 730 °С с выдержкой 3 часа и последующим охлаждением на воздухе.

Снижение температуры отпуска

объясняется более низкой рабочей температурой паропроводных труб

Снижение температуры отпуска объясняется более низкой рабочей температурой паропроводных труб и более высокими требованиями по жаропрочности.

При термической обработке пароперегревательных труб наблюдался большой перепад температуры в камерной печи, поэтому часть труб имела отклонения по механическим свойствам. Одни из них имели повышенную прочность и пониженную пластичность, другие, наоборот, — очень высокую пластичность и пониженную прочность по сравнению с требованиями технических условий. При соблюдении рекомендованных режимов термической обработки трубы из стали ЭИ756 имеют высо-кие прочностные и пластические свойства.

Структура металла труб из стали ЭИ756 достаточно стабильна в процессе длительной выдержки при 610—650 СС. Поэтому значительного разупрочнения стали или существенного охрупчивания (понижение пластических свойств) в процессе старения не наблюдается.

Учитывая полученный ранее разброс кратковременных механических свойств в пароперегревательных трубах, исследования на длительную прочность проводили на образцах от 9 труб с различными значениями предела прочности. Это позволило выявить влияние кратковременных механических свойств, а следовательно, косвенно и режима отпуска на длительную прочность металла, особенно при 600°С. Металл с более высокой кратковременной прочностью имел более высокую длительную прочность. При более высоких температурах испытания влияние кратковременной прочности сказывалось в значительно меньшей степени. Испытания проводили на трубчатых образцах с окнами, так как сплошные цилиндрические образцы, вырезанные из трубной заготовки и часто применяемые котельными заводами, не могут характеризовать свойства труб.

Сравнительные испытания на длительную прочность сплошных стандартных цилиндрических и трубчатых образцов, изготовленных из одного прутка стали ЭИ756, меньшего диаметра, чем трубная заготовка (35 мм), показали хорошее совпадение результатов.

Образцы из пароперегревательных труб имеют высокую пластичность в условиях длительного разрушения в интервале температур 600—650 °С. Относительное удлинение при 630 °С и времени до разрушения около 300 час. составляет не менее 15%.

Результаты испытаний на длительную прочность перегрева- тельных труб, обработанные в системе логарифмических координат.

Различия в свойствах сварных соединений

выполненных методами оплавления и сопротивления

Различия в свойствах сварных соединений, выполненных методами оплавления и сопротивления, вероятно, объясняются различием в свойствах основного металла труб, о чем говорилось выше.

В процессе длительного старения прочностные и пластические свойства сварного соединения изменяются незначительно. Ударная вязкость сварного соединения после старения при 610 и 650 °С длительностью соответственно 2400 и 2000 час. сохраняется на уровне 9—10 кГм!см2. При одинаковом времени выдержки повышение температуры старения с 610 до 650 °С не приводит к более заметному разупрочнению металла стыка, что свидетельствует о высокой стабильности структуры металла сварного соединения. Данные по длительной прочности сварных соединений, выполненных методами сопротивления и оплавления, примерно одинаковые.

Длительная прочность сварного соединения и основного металла труб примерно одинаковая. Предел длительной прочности при 630 °С за 100000 час. составляет около 8 кГ/мм2.

Эксплуатационное опробование пароперегревательных труб из стали ЭИ756 было проведено на патрубках длиной 600 мм от чруб размером 32 X 5 мм, полученных методом прессования, врезанных в аустенитный змеевик и работавших в интервале температур 520—660 °С.

Соединение труб из стали ЭИ756 с аустенитными осуществлялось газовой сваркой. В качестве присадочного материала использовали аустенитную сталь.

Учитывая большое количество сварных стыков пароперегревателей современных котлов большой мощности, желательно было бы не подвергать их термической обработке после сварки.

Небольшая толщина труб, а следовательно, и сравнительно небольшие остаточные напряжения в сварном шве создают определенные возможности в этом направлении. Кроме того, в процессе работы будет происходить самоотпуск сварных соединений, что должно привести к постепенному выравниванию свойств сварного шва и основного металла.

эксплуатационное опробование промышленных труб

Сварные соединения и гибы этих труб также не подвергались термической обработке

В связи с этим сварные стыки термической обработке не подвергались. Твердость разнородных стыков после с-варки со стороны стали ЭИ756 достигала 415 НВ. В процессе эксплуатации в течение года сварные стыки находились в хорошем состоянии. За это время твердость стыка со стороны стали ЭИ756 понизилась до 315 НВ.

В настоящее время проводится эксплуатационное опробование промышленных труб из стали ЭИ756. Сварные соединения и гибы этих труб также не подвергались термической обработке. Трубы успешно эксплуатируются уже более 4000 час. при температуре до 630 °С.

Все материалы, приведенные по свойствам и эксплуатационному опробованию хромистых сталей, свидетельствуют о большой перспективности сталей рассматриваемого класса, в частности стали ЭИ756 не только для литых и кованых деталей, но и в качестве материала для труб энергоустановок сверхвысоких параметров.

В настоящее время начинается промышленное освоение труб из другой стали этого класса (ЭИ993), разработанной ЦНИИ- ЧЕРМЕТом совместно с ЦНИИТМАШем.

Химический состав указанной стали скорректирован применительно к трубному материалу, в частности уменьшено содержание углерода.