Повышение физико-механических свойств аустенитных коррозионно-стойких хромоникелевых сталей для высокотемпературных технологических систем энергетического машиностроения
Диссертация
Несмотря на то, что проблема влияния водорода на физические и физико-механические свойства сталей изучалась в течение примерно ста лет, многие вопросы до сих пор остаются нерешенными. Возникли новые отрасли промышленности и энергетики, а вместе с ними новые направления в использовании сталей с жесткими условиями эксплуатации и повышенными критериями безопасности, которые предъявляют свои особые… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Анализ условий эксплуатации и требований к аустенитным материалам для изготовления тонкостенных конструкций высокотемпературных технологических систем энергетического машиностроения
- 1. 1. Аустенитные стали с небольшим содержанием никеля
- 1. 2. Недостатки стабилизированных сталей и пути их устранения
- 1. 2. 1. Содержание 5 — феррита и его влияние на свойства сталей
- 1. 2. 2. Фазы внедрения титана (или ниобия) и их влияние на свойства аустенитных хромоникелевых стабилизированных сталей
- 1. 2. 3. Неметаллические включения и их влияние на структурную однородность и газоплотность стабилизированных сталей
- 1. 2. 4. Образование вторичных фаз в аустенитных стабилизированных хромоникелевых сталях при повышенных температурах
- 1. 2. 5. Межкристаллитная коррозия стабилизированных сталей
- 1. 3. Недостатки нестабилизированных аустенитных сталей и пути их устранения
- 1. 4. Выбор направления исследований, постановка цели и задач работы
- Выводы по главе
- Глава 2. Материалы и методики исследования
- 2. 1. Материалы, выбранные для исследования
- 2. 2. Фазовый физико-химический и рентгеноструктурный анализы
- 2. 3. Металлографические и электронно-микроскопические исследования
- 2. 3. 1. Оптическая металлография
- 2. 3. 2. Просвечивающая электронная микроскопия
- 2. 4. Определение физических свойств
- 2. 5. Исследование механических характеристик разработанной стали
- 2. 6. Методика исследования склонности к межкристаллитной коррозии
- 2. 7. Экспериментальная аппаратура и методика измерения водо-родопроницаемости
- 2. 8. Математическая обработка результатов исследований
- Глава 3. Результаты химического, фазового, металлографического и электронно-микроскопического анализа и испытаний на меж-кристаллитную коррозию разработанной стали в сравнении с аналогами
- 3. 1. Разработка высокотехнологичной низкоуглеродистой коррозионно-стойкой хромоникелевой стали
- 3. 2. Химический состав предложенной стали
- 3. 3. Микроструктура предлагаемой стали
- 3. 4. Плотность разработанной нестабилизированной стали в сравнении со сталями данного класса обычной выплавки
- 3. 5. Исследование структуры разработанной стали при помощи просвечивающей электронной микроскопии и спектроскопии
- 3. 6. Исследование структурных превращений при длительном тепловом старении предлагаемой стали и аналогичных материалов
- 3. 7. Анализ склонности коррозионно-стойких сталей и сплавов к низкотемпературному радиационному охрупчиванию
- 3. 8. Анализ влияния стабильности выделений вторых фаз на радиационное распухание
- 3. 9. Стойкость предлагаемой стали к межкристаллитной коррозии
- Выводы по главе 3
- Глава 4. Сравнительное исследование механических характеристик предлагаемой стали и известных аналогов
- Выводы по главе 4
- Глава 5. Сравнительный анализ высокотемпературной водородопроницаемости предлагаемой стали и аустенитных сталей и сплавов
- Выводы по главе 5
Список литературы
- Рыбин, В. В. Физико-химические основы создания водородостойких нержавеющих сталей / В. В. Рыбин, И. А. Повышев // Материалы XVI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Т. 2. Москва. 1998. С. 461.
- Яковицкая, М. В. Водородопроницаемость и работоспособность аустенит-ных сталей и сплавов в водородосодержащих средах / М. В. Яковицкая,
- О. Ю. Ганзуленко, Н. Б. Кириллов, А. П. Петкова // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. Наука и образование. СПб.: Политехнический университет. 2011. — № 2(123). — С. 218−224.
- Грицына, В. И. Водородопроницаемость стали Сг12Мо20У2У / В. И. Гри-цына, О. А. Опалев, В. В. Ружицкий // Вопросы атомной науки и техники. -Харьков: ХФТИ. 2001. Вып. 4. — С. 83−85.
- Писарев, А. А. Проницаемость водорода через металлы / А. А. Писарев, И. В. Цветков, Е. Д. Маренков, С. С. Ярко // МИФИ. 2008. — С. 144.
- Эвард, Е. А. Водородопроницаемость аморфных и рекристаллизованных сплавов на основе железа / Е. А. Эвард, Н. И. Сидоров, И Е. Габис // ЖТФ. Вып. 3. 2000. — № 7. — С. 90−92.
- Звездин, Ю. И. Водородопроницаемость жаропрочной хромоникелевой стали типа Х15Н26ВМ / Ю. И. Звездин, И. А. Повышев, В. В. Васильев // Научно-технический сборник «Металлургия». Ленинград. 1977. — № 23. -С. 12−15.
- Сер. Наука и образование, СПб: Политехнический университет. 2012. -№ 3−2(154).-С. 159−166.
- Физика и Промышленность 2001 // Материалы 3 Международного симпозиума проходившего под эгидой Международного Союза общественных объединений Евразийское физическое общество ЮНЕСКО и РАН. М. 2001.-282 с.
- R. P. Jewitt, R. J. Walter, W. T. Chandler and R. P. Frohmberg. Hydrogen Environment Embrittlement of Metals (NASA CR-2163). Rocketdyne for the National Aeronautics and Space Administration. Canoga Park CA (March 1973).
- J. A. Brooks and A.J. West. Hydrogen Induced Ductility Losses in Austenitic Stainless Steel Welds. Metall Trans 12A. (1981). P. 213−223.
- R. J. Walter, R. P. Jewitt and W. T. Chandler. On the Mechanism of Hydrogen-Environment Embrittlement of Iron- and Nickel-base Alloys. Mater Sci Eng 5. (1970). P. 99−110.
- Арчаков, Ю. И. Исследование водородопроницаемости технического железа и нержавеющей стали Х18Н10Т при воздействии коррозионной среды / И. Арчаков, Ю. И. Звездин, Кириллова В. П. // Физ.-хим. механика материалов. Л.: Судостроение. 1974. — №. 5. С. 92−95.
- Т-Р. Perng and С. J. Altstetter. Effects of Deformation on Hydrogen Permeation in Austenitic Stainless Steels. Acta metal, v. 34. 1986. P. 1771−1781.
- T. L. Capeletti and M. R. Louthan. The Tensile Ductility of Austenitic Steels in Air and Hydrogen. J Eng. Mater. Technol. 1977. v. 99. P. 153−158.
- Нигматулин, Б. И. Состояние и перспективы развития атомной энергетики в Российской Федерации и задачи отрасли энергомашиностроения / Б. И. Нигматулин // Труды НПО ЦКТИ. Атомное энергомашиностроение. СПб.: НПО ЦКТИ. 2002. — № 282. — С. 6−13.
- B. G. Polosukhin, E. M. Sulimov, A. P. Zyrianov, A. V. Kozlov / Hydrogen isotope permeability through austenitic Cr-Ni steels under neutron irradiation // Journal of Nuclear Materials Volumes 233−237. Part 2. 1 October 1996. -P. 1174−1178.
- Водородные технологии для производства энергии // Материалы международного форума. М. 2006. — С. 42,
- Арчаков, Ю. И. Водородная коррозия в стали / Ю. И. Арчаков. М.: Металлургия. 1985.- 192 с.
- Водородная обработка материалов // Материалы 4-й Международной научной конференции (ВОМ-2004). Донецк. 2004. — С. 55−57.
- Мюллер, В. Гидриды металлов / Мюллер. В. М.: Атомиздат. 1973. — 432 с.
- Паршин, А. М. Гидриды металлов в реакторостроении / А. М. Паршин, Ю. И. Звездин, И. А. Повышев // Материалы научно-технической конференции. М. 1980.-С. 21−23.
- Паршин, А. М. Радиационная повреждаемость конструкционных материалов / А. М. Паршин и др. СПб.: СПбГТУ. 2000. 296 с.
- Звягин, В. Б. Критерии работоспособности конструкционных материалов и структура сплавов / В. Б. Звягин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2009.-№ 3(84).-С.112−118.
- Физика радиационных явлений и радиационное материаловедение / А. М. Паршин и др. Белгород.- Белгородский Гос. Ун-т. СПбГТУ. 1999. -378 с.
- Паршин, А. М. Радиационная повреждаемость конструкционных материалов и пути ее ослабления / А. М. Паршин, А. Н. Тихонов, Г. Г. Бондаренко, Н. Б. Кириллов. СПб.: Политехника. 1999. — 302 с.
- Par shin, А. М. Structure, Strength and Radiation Damage of Corrosion-Resistant Steels and Alloys / A. M. Parshin. Illinois. USA. American Nuclear Society La Grange Part. 1999.-361 p.
- Паршин, A. M. Структура прочность и пластичность нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, применяемых в судостроении / А. М. Паршин. -Ленинград.: Судостроение. 1972. 288 с.
- Яковицкая, М. В. Влияние качества металла и применения вакуумной металлургии на структуру и свойства аустенитных твердорастворноупроч-няемых сталей / М. В. Яковицкая, Н. В. Виноградова, А. М. Паршин, А. П.
- Петкова // Вопросы материаловедения. СПб.: ЦНИИ КМ «Прометей». 2005. -№ 2(42). — С. 10.
- Гуляев, Б. Б. Структура и свойства сплавов / Б. Б. Гуляев и др. М.: Металлургия. 1993. — 317 с.
- Уманский, Я. С. Физическое металловедение / Я. С. Уманский и др. М.: Металлургиздат. 1955. — 724 с.
- Паршин, А. М. Пути создания особо чистой аустенитной коррозионно-стойкой свариваемой стали / А. М Паршин, В. А. Бардин, И. Е. Колосов и др. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. Вып. 1−2. -1993.-С. 21−28.
- Паршин, А. М. Коррозия металлов в ядерном энергомашиностроении / А. М. Паршин, А. Н. Тихонов, Р. Н. Кикичев. 2-е изд., перераб. и доп. -СПб.: Политехника. 2000. — 104 с.
- Паршин, А. М. Деформационная способность аустенитных сталей и сплавов / А. М. Паршин, Н. Б. Кириллов, А. П. Петкова // Научно-технические ведомости
- СПбГПУ. Сер. Наука и образование. Т. 2. СПб.- Политехнический Университет. 2009. — № 4−2(89). — С. 51−56.
- Назаров, А. А. Склонность стали межкристаллитной коррозии и современные методы её оценки / А. А. Назаров. СПб.: Румб. 1991. — С. 18.
- Стандарт AISI (American Iron and Steel Institute). Система обозначения легированных и нержавеющих сталей, наиболее часто применяемая в США и Европе.
- Стандарт UNS (Unified Numbering System), разработанный совместно ASTM и SAE как общая система обозначения металлов и сплавов коммерческого применения.
- ГОСТ 5632–72 Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные (марки и технические требования). М. .Стандарт. 1977. — С.13−20, С. 30−40.
- Баландин, Ю. Ф. Конструкционные материалы АЭС / Ю. Ф. Баландин и др. М.: Энергоатомиздат. 1984. — 280 с.
- Гуляев, А. П. Металловедение / А. П. Гуляев. М.: Металлургия. 1986. — 542 с.
- Межкристаллитная коррозия металла. Материалы сайта Skymicron. 2010.
- G. Han, J. Не, S. Fukuyama and К. Yokogawa. Effect of strain-induced martensite on hydrogen environment embrittlement of sensitized austenitic stainless steels at low temperatures. Acta mater 46 (1998). P. 4559−4570.
- Паршин A. M., Петкова А. П., Кикичев P. H. / Аустенитная коррозионно-стойкая сталь.// Патент на изобретение № 2 224 045 РФ: МПК С22С38/50, С38/58 (2002.06).
- Лашко, Н. Ф. Фазовый анализ и структура аустенитных сталей / Н. Ф. Лашко, Н. И. Еремин. М.: Машгиз. 1957. — 235 с.
- Звездин, Ю. И. Проникновение водорода сквозь аустенитные коррозионно-стойкие стали и сплавы / Ю. И. Звездин, И. А. Повышев и др. // Научно-технический сборник. Металловедение. Ленинград. 1978. — № 26. С. 55−56.
- Журавлев, В. Н. Машиностроительные стали / В. Н. Журавлев, О. И. Николаева// Справочник. М.: Машиностроение. 1989. — С.254−257.
- Арчаков, Ю.И. Водородная коррозия стали / Ю. И. Арчаков // М.: Металлургия, 1985. 192 с.
- Литвин, А. К. Явление облегчения деформирования и разрушения металла в присутствии водорода / А. К. Литвин, В. И. Ткачев // ФХММ. Харьков.: Наукова Думка. 1976. — № 2. — С. 27−34.
- С. San Marchi, В. Р. Somerday Technical Reference on Hydrogen Compatibility of Materials. Austenitic Stainless Steels: Type 304 & 304L (code 2101). Sandia National Laboratories. 2005. P. l 13−116.
- Утевский, JI. M. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении / JI. М. Утевский. М.: Металлургия. 1973. — 584с.
- Утевский, JI. М. Современные методы экспериментального выявления дислокаций и исследование дислокационной структуры металлов / JI. М. Утевский. М: НТО «Машпром». 1966. — С. 10−15.
- Рыбин, В. В. Исследование тонкой структуры высокопрочной низкоуглеродистой стали / В. В. Рыбин и др. // Вопросы судостроения. Сер. Металловедение. Металлургия. 1983. — № 7. — С. 43−46.
- Новиков, И. И. Дефекты кристаллического строения металлов / И. И. Новиков // М.: Металлургия. 1975. 208 с.
- ГОСТ 6032–89 Стали и сплавы. Методы испытания на межкристаллитную коррозию сталей и сплавов. М.: Госстандарт. 1989.
- Исследование водородопроницаемости нержавеющих аустенитных сталей, полученных различными методами выплавки: Научно-технический отчет. СПб. Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет. 2004.
- Методические указания по определению высокотемпературной водородопроницаемости металлов: редакция вторая. ФИМ им. Г. В. Карпенко АН УССР, Львов 1981 г. 10 С.
- Yun Chen, Diogo М. F. Santos, Cesar A. C. Sequeira / Hydrogen Diffusion in Austenitic Stainless Steels // Journal Defect and Diffusion Forum Volume Diffusion in Solids and Liquids (Volumes 258 260). 2006.
- Паршин, А. М. / Микролегирование редкоземельными элементами и свойства сталей и сплавов / А. М. Паршин, Н. Б. Кириллов, А. П. Петкова, О. В. Николаева // Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2002. — № 1. -С. 49−55.
- Арчаков, Ю. И. Проницаемость водорода сквозь сталь системы Fe-Cr-Al-Y / Ю. И. Арчаков, Ю. И. Звездин, И. А. Повышев и др. // Сборник. Металловедение. 1973. -№ 3. — С. 85−87.
- Паршин, А. М. Структура, прочность и радиационная повреждаемость коррозионно-стойких сталей и сплавов / А. М. Паршин. Челябинск.: Металлургия. 1988. — 656 с.
- Влияние структурного состояния литейных жаропрочных сплавов на склонность к хрупким разрушениям // Труды ЦКТИ. Вып. 169. Ленинград. 1979. -С. 95−101.
- Рыбников, А. И. Структура металлических материалов и прочность элементов машиностроительных конструкций, работающих при повышенных температурах / А. И. Рыбников, Л. Б. Гецов // Труды ЦКТИ. Вып. 296. СПб. 2008.-С. 273−281.
- Рыбников, А. И. Изменение структуры и свойств сталей при повышенных температурах / А. И. Рыбников, Л. Б. Гецов, Г. Д. Пигрова // Теплоэнергетика. -2000.-№ 4.-С. 27−33.
- Морозов, АМ Влияние термической обработки на радиационное охрупчивание низколегированной стали/ А М Морозов, И В. Горынин, В. А Николаев//Металловедение и термическая обработка металлов. Ленинград. 1977. — № 1. — С. 39−43.
- Морозов, А. М. Влияние исходной структуры на радиационное охрупчивание закаленной и отпущенной стали 15ХЗМФА / А. М. Морозов, В. А. Николаев, В. В. Рыбин // Проблемы прочности. 1982.- № 3. — С.62−68.
- Морозов, А. М. Радиационное повреждение и возврат механических свойств закаленной Сг-МоУ-стали / А М Морозов, В. А Николаев // Металловедение и термическая обработка металлов. Ленинград. 1985. — № 2. — С. 50−53.
- Паршин, А. М. Структура, радиационная повреждаемость и деформационная способность аустенитных сталей и сплавов при низкотемпературном нейтронном облучении / А. М. Паршин, А. П. Петкова // Научно-технические ведомости СПбГТУ.- 2003.- № 3(33). С.77−91.
- Воеводин, В. Н. Эволюция структурно-фазового состояния и радиационная стойкость конструкционных материалов / В. Н. Воеводин, И. М. Неклюдов. Киев.: Наукова Думка. 2006. — 378 с.
- Паршин, А. М. Радиационные дефекты в металлах и их эволюция / А. М. Паршин, В. Б. Звягин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Сер. Наука и образование. СПб.: Политехнический Университет. 2009. -№ 3(84). — С. 128−134.
- Паршин, А. М. Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов / А. М. Паршин, Н. Б. Кириллов // IX конференция стран СНГ. Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2002. — № 1. -С. 87−89.
- Петкова, А. П. К вопросу низкотемпературного упрочнения и охрупчивания облученных аустенитных хромоникелевых сталей и сплавов / А. П. Петкова // Известия РАН. Металлы. М.: Элиз. 2003. — № 2. — С. 50−60.
- Паршин, А. М. Низкотемпературное радиационное охрупчивание и вырождение деформационной способности аустенитных сталей и сплавов / А. М. Паршин, А. П. Петкова // Известия РАН. Металлы. М.: Элиз. 2001. -№ 3. — С. 123−127.
- Воеводин, В. H. Проблемы радиационной стойкости материалов ядерной энергетики / В. Н. Воеводин, И. М. Неклюдов // Вестник Харьковского университета. Сер. Физическая. Вып. 4(320). Харьков.: ХФТИ. 2006. — № 746. -С.3−22.
- Воеводин, В. Н. Структурная стабильность и радиационное распухание аустенитных сталей / В. Н. Воеводин // Росэнегоатом. М.: 2011. — № 4. — С. 16−21.
- Voyevodin V. Research work report / Japan Nuclear Cycle Development Institute. TN 9400. O-arai. 2001. — P. 12−16.
- Neklyudov I. M., Voyevodin V. N. Features of structure-phase transformations and segregation processes under irradiation of austenitic and ferritic-martensitic steels / JNM. 1994. — V. 212−215. — P. 39−44.
- Гецов, JI. Б. Влияние величины зерна в жаропрочных сплавах на их свойства / JI. Б. Гецов, А. И. Рыбников // Проблемы прочности. № 8. — 1988. -С. 65−68.
- Voyevodin V. Research work report // Japan Nuclear Cycle Development Institute TN 9400. O-arai. 2001. — P. 12−16.
- Химушин, Ф. Ф. Легирование, термическая обработка и свойства жаропрочных сталей и сплавов / Ф. Ф. Химушин // М.: Оборонгиз. 1962. 336 с.
- Беляков, Ю. И. Влияние окисных пленок на водородопроницаемость жаропрочных металлов / Ю. И. Беляков, Ю. И. Звездин // Вопросы электроники твердого тела. Уч. записки ЛГУ. № 354. — 1970. С.45−50.
- G. R. Caskey. Hydrogen Effects in Stainless Steels. In: R. A. Oriani, J. P. Hirth and M. Smialowski. Editors. Hydrogen Degradation of Ferrous Alloys. Park Ridge NJ: Noyes Publications. 1985. P. 822−862.
- A. D. LeClaire. Permeation of Gases Through Solids: 2. an assessment of measurements of the steady-state permeability of H and its isotopes through Fe, Fe-based alloys, and some commercial steels. Diffusion and Defect Data. vol. 34. 1983.-P. 1−35.
- X. K. Sun, J. Xu and Y. Y. Li. Hydrogen Permeation Behaviour in Austenitic Stainless Steels. Mater Sci Eng A114. 1989. P. 179−187.
- G. R. Caskey and R. D. Sisson. Hydrogen Solubility in Austenitic Stainless Steels. ScrMetall. volume. 15. 1981.-P. 1187−1190.
- Макаренко, В. Г. Жаростойкость сталей системы Fe-Cr и Fe-Cr-Y в инертных средах / В. Г. Макаренко, Ю. И. Звездин, И. А. Повышев // ФХММ. -Харьков.: Наукова Думка.1976. № 2. — С. 35−37.
- Звездин, Ю. И. Водородопроницаемость биметаллических материалов / Ю. И. Звездин, Ю. И. Беляков и др. // ФХММ. Харьков.: Наукова Думка. 1979. — Вып. 15, № 3. С. 42−45.
- Звездин, Ю.И. Связь водородопроницаемости с диффузией и растворимостью водорода в металлах / Ю. И. Звездин // Сборник статей. Металловедение. № 10. -Ленинград.: Судостроение. 1966. — С. 54−58.
- Кунин, Л. П. «Механизм взаимодействия металлов с газами» / Л. П. Кунин, С. П. Федоров // Сборник. М.:Наука. 1964. 189 с.
- Коллинз, Д. Ф. Свойства и применение редкоземельных металлов / Д. Ф. Коллинз и др. // М.: ИЛ. 1960. — С. 76−94.
- Курдюмов, А. А. Кинетика проникновения водорода сквозь металлы / А. А. Курдюмов, Т. Н Компаниец, В. Н. Лясников // Обзоры по электронной технике. Сер. Электроника. -М.: ЦНИИ Электроника. 1980. Вып. 1(694). -84 с.