Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Антикайн, П. А. Надежность металла паровых котлов и трубопроводов

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

29.47 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 134 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

избегать пластического деформирования малоуглероди стой стали. Температурный интервал 200—300°С назы вается «интервалом синеломкости», так как после вы держки стали при температуре около 300°С светлая поверхность стали приобретает синий цвет, что обуслов лено образованием топкой окисной пленки.

При дальнейшем повышении температуры наблюда ется монотонное снижение прочности при некотором увеличении пластнчно-


кгс/мм '			кгем/м 2		сти, так как повышение

			1%		температуры				приводит
			а»		к увеличению				подвиж

40			80	А го	ности		атомов		н,	как
					следствие,			к	ослабле
—J					нию	межатомных				свя

		\\			зей	и уменьшению				ста
го		\\			бильности			структуры.
			40	10
					При			температуре

					свыше		350 °С		предел
					прочности			и	предел
zoo		400		о	текучести			углеродистой
					стали		зависят		от	ско

Рис. 3. Влияние температуры			на ме		рости			нагружения:
ханпческие		свойства стали	20.		чем	она		больше,		тем

					выше		характеристики
прочности. Поэтому для получения							сопоставимых
результатов		по ГОСТ	9651-61,		определяющему					тре
бования к	испытаниям		на	растяжение			при повышен

ных температурах, заданы допускаемые пределы по ско


рости перемещения подвижного			захвата		испытательной
машины . Эта	скорость,	в ы р а ж е н н а я		в мм/мин,		д о л ж н а
находиться в пределах 0,04—0,1 от расчетной						длины
образца, выраженной в миллиметрах.
В результате холодного пластического деформирова
ния •малоуглеродистая		с т а л ь становится			прочнее после
длительного	пребывания д а ж е		при	комнатной		темпера

туре, одновременно снижаются ее пластичность и удар


ная	вязкость. У д а р н а я			вязкость	может	снизиться при
этом	до 10—15%		исходной ее величины.			Этот	процесс
называется естественным старением. -
Нагрев		наклепанной		стали	до 250—300°С		резко
ускоряет		процесс	старения — происходит			искусственное
старение. Особенно резко эффект					старения проявляется,
когда степень пластической деформации						составляет 3—

10%. Такие деформации наблюдаются при гпбке, клеп ке, вальцовке.

Старение наклепанной стали обусловлено ускорен ным распадом в феррите пересыщенных растворов угле

рода	и	азота с	образованием мелкодисперсных	карби
дов	и	нитридов.	При комнатной температуре	процесс

старения затягивается из-за малой скорости диффузии.

Борьба со	старением заключается главным образом
в раскислении	стали алюминием с образованием устой

чивых, нерастворимых в железе нитридов и устранением возможности перехода их в пересыщенный твердый раст вор. Аналогичное влияние оказывают титан, ванадий и цирконий.

Старение предотвращает з а к а л к а или нормализация с последующим отпуском при 600—650°С, при котором выделившиеся нитриды и карбиды коагулируют в круп ные включения, мало снижающие ударную вязкость.

Повышенное	содержание	углерода	в	стали умень
шает склонность к старению.		Поэтому	не	следует	при
менять стали с	очень низким	содержанием углерода.
Д л я изготовления элементов		котла,	работающих		под

давлением, обычно применяют сталь с содержанием уг лерода 0,15—0,25%.

2-2. ЖАРОПРОЧНЫЕ СВОЙСТВА

Жаропрочность — это способность материала проти востоять механическим нагрузкам при высоких темпе


ратурах;		она	определяется			прочностными свойствами,
получаемыми			при	кратковременных			испытаниях		на
растяжение,			а т а к ж е		сопротивляемостью			ползучести и
длительной прочностью					материала .
Ползучесть — свойство металла,							нагруженного		при
высокой		температуре,			медленно и непрерывно пласти
чески	деформироваться				под	воздействием		напряжений .
В	результате			развития		ползучести		увеличиваются

диаметры и уменьшаются толщины стенок труб. Д е т а л ь , проработавшая определенное время в условиях ползу чести, разрушается при пластической деформации во

много раз меньше, чем от	кратковременной перегрузки
при той ж е температуре.	Способность металла сопро

тивляться разрушению при воздействии высокой темпе ратуры и напряжений характеризуется п р е д е л о м д л и т е л ь н о й п р о ч н о с т и — напряжением, лриводя-

щ им металл к разрушению при данной температуре через определенный промежуток времени.

Повышение температуры перегрева пара с целью по вышения экономичности привело к тому, что очень мно


гие детали	паровых котлов		и паропроводов			работают
в области	температур,	при	которых	интенсивно проте-
	д		кает ползучесть. Д л я				оп-
	.	г ^	ределения		способности
	Д	\	стали сопротивляться				пол-
	1	0	зучестп	проводят		соответ-
		§ Ц р	ствующие		испытания		по
			Г О С Т 3248-60.

Рис.	4. Принципиальная					схема
установки		для	испытания			метал
	лов	на	ползучесть.
1 — шаровая		опора;		2—верхний		за
хват;	3 — электропечь;			4 — термопара;
5 — образец;		6 — тягн			экстензомстра;
7 — и н д и к а т о р ы ;			5 — нижний			захват;
9 — рычаг;		10 — грузы;			// — вннт на
штоке нижнего			захвата;		12 — червяч
ная	передача от вала				электродвига
			теля.

Образец устанавливают в захваты машины (рис. 4) и по мещают в печь, где поддержи


вается		постоянная			температура.
При помощи				системы		рычагов
и	грузов		на	образец		.передает
ся	постоянная нагрузка. Когда
образец			.вытягивается,			нижний
захват		перемещается				вниз от
электродвигателя					и	верхний
рычаг		машины опять приводит
ся	в	горизонтальное				положе

ние. Постоянная нагрузка обе спечивается грузами, уложен ными па тарелку рычага.

При высокой температуре под действием нагрузки обра зец деформируется. Его дефор мацию измеряют с помощью экетензометров, укрепленных по концам рабочей части об разца; верхние тяги экстензометра жестко «вязаны с верх ней частью образца. В них за пределами печи закреплены ин дикаторы— приборы для изме рения величины деформации.

По результатам испытаний строят первичную кривую ползучести в координатах «суммарная деформация — •

время»	(рис.	5),	на	которой	отмечают участки,		соот
ветствующие трем стадиям процесса ползучести.
При	приложении			нагрузки	происходит	мгновенная
деформация, не относящаяся еще к деформации							ползу
чести (участок		OA).
П е р в а я стадия			(участок AB)		охватывает	деформацию
с убывающей		скоростью — стадия неустановившейся
ползучести,

Во второй

стадии

процесса

(участок

ВС)

пластиче

ская

деформация

нарастает

с постоянной скоростью —

это стадия установившейся

ползучести.

• Третья

стадия

процесса

охватывает

д е ф о р м а ц и ю

н а р а с т а ю щ е й

скоростью

(участок

CD)

—• это

стадия

разрушения .

Длительность к а ж д о й

ста

дии зависит от свойств дан

ного

сплава,

а т а к ж е

от тем

пературы

напряжения .

ІТногда

ползучесть

может

протекать

течение

дли

Время

тельного времени и практи

Рис. 5. Кривая ползучести ста

чески

не

достигать

третьей

стадии.

Если

н а п р я ж е н и я

ли

при постоянной температу

ре

неизменной

растягиваю

или

температуры

очень

вы

щей

нагрузке,

приложенной

соки, то вторая стадия про

образцу.

цесса

ползучести может

от

сутствовать

(первая

стадия

непосредственно

переходит

в третью) .

Сопротивляемость

ползучести

оценивается

суммарной

деформацией за срок службы или скоростью ползучести, определяемой по формуле

	de
	dt	'
где е — относительная деформация;			х— время.
У с л о в н ы й	п р е д е л п о л з у ч е с т и			— это напря
жение, которое	вызывает при	определенной		температуре
заданную скорость ползучести		на второй стадии процес
са— стадии установившейся ползучести.
З а предел ползучести элементов			котельных установок

принимают обычно напряжение, которое вызывает оста

точную деформацию в 1%	за 100 тыс. ч эксплуатации .
Д л я котельных материалов	это напряжение равно на

пряжению, вызывающему скорость ползучести 10~5 %/ч.

Объясняется это	тем, что	деформация,	накопленная
в первой стадии	ползучести,	весьма мала	по сравнению

с деформацией, накопленной		во	второй стадии	ползуче
сти.
Повышение	-температуры	и	напряжения	приводит
к увеличению	скорости ползучести.

3—89

В нагруженном полукристаллическом металле из-за различной ориентировки зерен по отношению к действующим напряжениям воз


никает значительная перегрузка одних зерен		и недогрузка		других.
В перегруженных зернах при высокой температуре			происходит		пла
стическая деформация — зерна разгружаются		и одновременно		упроч
няются в результате наклепа. Далее пластическая			деформация		рас
пространяется на	непродеформпровавшнеся	зерна.	Упрочнившиеся
в первый момент	зерна через некоторое время	разуирочпяются		вслед

ствие рекристаллизации. В них опять возникает пластическая дефор

мация, они опять упрочняются	и т. д. При этом в образце или дета
ли постепенно накапливается	пластическая деформация.

Ползучесть может проявиться при температурах выше темпера туры рекристаллизации для данного металла. Легирующие элементы, растворяющиеся в феррите или аустените и повышающие температу ру рекристаллизации, тормозят процесс ползучести.

Согласно теории наклепа п рекристаллизации начальная стадия процесса ползучести обусловлена тем, что еще не все зерна металла включились ів процесс упрочнения и разупрочнения. Л о імере распро странения процесса на большее количество зерен скорость ползучести затухает. Упрочнение преобладает над разупрочнением.

На второй стадии процесса ползучести в единицу времени упроч няется из-за наклепа столько же зерен, сколько разупрочиилось вследствие рекристаллизации. Скорость ползучести остается постоян ной. Упрочнение компенсирует разупрочнение.

На третьей стадии процесс ползучести ускоряется из-за сосре доточения ползучести в месте образца или детали, ослабленном шей кой или трещиной.

Н а основании анализа большого числа' эксперимен тальных данных установлено, что между временем до разрушения при постоянной температуре т р и напряже нием а существует степенная зависимость

Тр = о с т - " \

где В и m — постоянные дл я данного металла и данной температуры . В логарифмических координатах Ig er—Igt эта зависимость выражаетс я прямой линией.

З а расчетный срок служб ы котла принимают 100 тыс. ч работы при номинальных параметра х пара . Используя обработку экспериментальных данных в ло гарифмических координатах, ограничиваются испытания ми значительно меньшей длительности и экстраполиро ванием получают достаточно надежны е результаты. По вертикальной оси откладывают логарифм напряжения, которое привело образец к разрушению, а по горизон тальной оси — логарифм времени до разрушения (рис . 6) .

Основными способами повышения длительной проч ности и сопротивляемости ползучести сталей являются рациональное легирование и применение оптимальных режимо в термической обработки.

з в а н н ые натягом, постепенно снижаются, так

как

упру

гая

деформация

переходит

в пластическую. Практически

ощутимая релаксация развивается

сталях

при тех

ж е

температурах, что п ползучесть.

Кривую снижения напряжений в процессе

релаксации

можно разделить на два участка, а процесс

релаксации

на два периода: первый, характеризующийся

резким

па

дением н а п р я ж е н и я (/ на

рис. 10), и второй — замедлен

ным

( / / ) . В зависимости

от

уровня

напряжений

меха

низм

пластической деформа

ции

процессе

релаксации

может

изменяться.

Из-за

снижения

напря

жений в шпильках уменьша

ется

удельное

давление

на

прокладку

фланцевого

со

единения

возникает

опас

ность

нарушения

плотности.

Время

Чтобы

избежать

этого,

шпильки

после

определенно

Рис. 10. Схема кривой релак

го срока

работы

подтягива

сации напряжений.

ют.

После

к а ж д о г о

после

дующего

подтягивания

ре

лаксационная

кривая идет

более

полого и

н а п р я ж е н и я

в шпильках снижаются не так быстро. Время до после

дующего	подтягивания	может быть	значительно	боль
шим, чем до предыдущего.
Чем	выше рабочая	температура,	тем ниже релакса
ционная	стойкость стали. Колебания		температуры	резко

снижают релаксационную стойкость. Ее снижение зави

сит от марки стали,	величины колебания	температуры
и продолжительности	цикла. При расчете	деталей, ра

ботающих в условиях релаксации напряжений при из меняющихся температурах, следует ориентироваться на верхнюю температуру цикла.

Д л я	повышения релаксационной стойкости в сталь
вводят	молибден, ванадий и хром. Релаксацнонностойкие

стали содержат больше углерода, чем стали дл я труб,


поковок и	литья	(0,20—0,40%). Это		возможно,	так	как
крепежные	детали не подвергаются			сварке. Ж е л а т е л ь
но, чтобы материал крепежных деталей обладал						хоро
шей обрабатываемостью при резании.
Р е л а к с а ц и я		напряжений	в эксплуатации		может
играть и положительную роль			с точки зрения		обеспече-

ння эксплуатационной надежности оборудования. Так, напряжения самокомпенсацпн, возникающие в паропро водах при нагревании, снижаются в процессе эксплуа тации.

2-3. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА МЕТАЛЛОМ ТРУБОПРОВОДОВ

И ЭЛЕМЕНТОВ КОТЛОВ НА МОНТАЖЕ И В ЭКСПЛУАТАЦИИ

Д л я обеспечения надежной эксплуатации'наблюдение за металлом п сварными соединениями элементов паро

вых	котлов	и трубопроводов необходимо			начинать	еще
на	монтаже	с контроля подготовки, сборки			и сварки мон
т а ж н ы х блоков на укрупнителы-юй площадке и						непо
средственно		в процессе	м о н т а ж а	котлов.	Это особенно
в а ж н о д л я		современных	мощных	паровых	котлов	блоч

ных установок, включающих десятки тысяч труб и свар ных соединений. При неизменной технологии изготовле ния и монтажа надежность котла с увеличением мощно сти уменьшается, так как увеличивается число труб и

сварных соединений.
	С увеличением мощности продолжительность просто
ев	на ремонт т а к ж е		возрастает.			Поэтому при		переходе
на	следующую	ступень		мощности		необходимы		совершен
ствование технологии				и более	тщательный		контроль.
	Наблюдение	за	металлом		поверхностей		нагрева и

трубопроводов д о л ж н о начинаться с ознакомления с сер

тификатами на трубы по данным		заводов-изготовителей,
что необходимо д л я установления		соответствия	материа
ла	проекту и техническим условиям і ш г с т а н д а р т а м . Д а
лее	необходимо ознакомиться со	сварочными	монтаж

ными формулярами, техническими условиями и техно логическими инструкциями на сварку и термическую об

работку, а т а к ж е	заводскими чертежами . После этого
производится осмотр поставленных на монтаж		блоков.
Все обнаруженные	при осмотре отступления	д о л ж н ы

заноситься в монтажные формуляры . Разностенность и эллипсность прямых участков и гибов не д о л ж н ы пре вышать требований ГОСТ и технических условий.

Стопроцентному стплоскоппческому контролю в усло виях монтажа и эксплуатации подлежат элементы парового котла, паропроводы и паросборники турбин, работающие при температуре пара 450°С и выше; они

проходят стилоскопический	контроль на	наличие всех
легирующих элементов, которые д о л ж н ы		присутствовать
в соответствующей стали.	Стопроцентному стилоскопи-

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 134 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ