×
10.08.2015
216.013.6d88

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ ПЕРЛИТНОЙ СТАЛИ ПОСЛЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к технологии термической обработки. Для повышения хладостойкости и снижения коробления изделия осуществляют его восстановительный отпуск при температуре 450±10°С с выдержкой от 3 до 7 часов с последующим охлаждением на воздухе, при этом нагрев изделия в диапазоне температур от 100 до 450°С ведут со скоростью до 50°С/час.2 пр., 2 ил.
Основные результаты: Способ восстановления изделий из низкоуглеродистой перлитной стали после эксплуатации, включающий отпуск путем нагрева, выдержки и охлаждения, отличающийся тем, что нагрев под отпуск осуществляют до температуры 450±10°C с выдержкой от 3 до 7 часов и охлаждением на воздухе, при этом нагрев в диапазоне температур от 100 до 450°C ведут со скоростью до 50°C/час.

Изобретение относится к технологии восстановления путем термической обработки изделий из низкоуглеродистых перлитных сталей, используемых в атомной энергетике после их длительной эксплуатации.

Известно, что в условиях длительной эксплуатации в металле конструкций оборудования атомных электростанций (далее - АЭС), выполненных из низкоуглеродистых перлитных сталей, происходит ряд структурных превращений, а также развитие микропор по границам зерен, что приводит к снижению служебных свойств металла и его последующему разрушению.

В связи с этим встает вопрос либо о необходимости замены, либо регенерации служебных свойств этих элементов, многие из которых к настоящему времени отработали расчетный срок службы.

Поэтому становится актуальной задача разработки способов восстановления структуры и свойств отработавшего металла, что позволило бы продлить сроки службы оборудования без дополнительных затрат металла.

На качество материалов оказывают влияние внутренние параметры (структура, химический состав, дефекты, остаточные напряжения) и внешние условия (температура, активность окружающей среды, давление).

Поэтому, изменяя эти параметры и условия, можно управлять качеством материалов.

Термическая (тепловая) обработка состоит в изменении структуры металлов и сплавов путем нагревания их и последующего охлаждения с той или иной скоростью; при этом достигаются существенные изменения свойств при том же химическом составе сплава.

Для изделий атомной энергетики, эксплуатируемых при температурах 350-450°C, основными факторами, приводящими к снижению механических свойств, являются тепловое и радиационное охрупчивание.

Известен способ восстановления свойств материала корпусов энергетических реакторов, включающий нагрев до температуры, превышающей температуру эксплуатации, выдержку в течение 1-10 часов и охлаждение (см. патент RU №2081187, G21D 1/78, 1997).

Недостатком известного способа является то, что нагрев осуществляют при температуре, превышающей 500-580°C. При данной температуре происходит интенсивный процесс выделения карбидов, приводящий материал к охрупчиванию.

Известен также способ восстановления физико-механических свойств металла корпуса реактора, включающий нагрев, выдержку в течение заданного времени и охлаждение воздухом (см. патент RU №2084544, G21D 1/78, 1997).

Недостатками известного способа являются нагрев до температуры 460-990°C, а также сложность осуществления, связанная с последовательным локальным нагревом отдельных участков и возникновением вследствие этого нежелательных внутренних напряжений.

В подогревателях высокого давления, коллекторах и трубопроводах влияние радиационного фактора незначительно, основное воздействие на снижение вязкопластических свойств (далее - хладостойкости) перлитных сталей дает тепловое охрупчивание из-за выделений карбидов цементитного типа.

Известен способ восстановительной термической обработки полых деталей паропроводов из перлитных сталей и их сварных стыков, включающий циклический нагрев и охлаждение ниже точки перлитного превращения (см. патент RU №2074897, G21D 9/08, G21D 1/68, 1997).

Недостатком известного способа является нагрев при температуре 1000°С с выделением карбидов, приводящий материал к охрупчиванию.

Известен способ термической обработки изделий из низкоуглеродистых перлитных сталей, включающий проведение последующего высокого отпуска с быстрым охлаждением в воде (см. Завьялов А.С.«Отпускная и тепловая хрупкость и ее влияние на надежность изделий из конструкционных сталей», Ленинград, ЛДНТП, 1971, стр. 36).

Данный способ позволяет восстанавливать хладостойкость перлитных сталей после их длительной эксплуатации.

Недостатком известного способа является получение невысоких значений хладостойкости, а также повышенное коробление и окисляемость материала.

Известен также способ восстановления хладостойкости низкоуглеродистой перлитной стали, включающий нагрев, выдержку и охлаждение (см. Минц И.И., Ходыкина Л.Е. «Влияние восстановительной термической обработки на структуру и служебные свойства металлов паропроводов», Москва, журнал «Металловедение и термическая обработка», №2, 2009, стр. 40-43).

Данный способ позволяет уменьшить размеры карбидных фаз, устранить пористость металла изделий, длительно эксплуатируемых (сотни тысяч часов) при температуре до 550°C.

Недостатком известного способа является окисляемость материала и повышенное коробление.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ восстановления изделий из низкоуглеродистой перлитной стали после эксплуатации, включающий отпуск путем нагрева, выдержки и охлаждения (см. патент RU №2396361, G21D 1/78, В23Р 6/02, 2010).

Недостатком известного способа является то, что при выдержке в течение 100-150 часов может иметь место выделение хрупких карбидов.

Заявляемый способ решает задачу по восстановлению хладостойкости перлитных сталей энергетического оборудования и трубопроводов АЭС, ТЭЦ после их длительной эксплуатации при температуре от 150 до 350°C.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении значений хладостойкости перлитных сталей энергетического оборудования и трубопроводов АЭС в сочетании со снижением коробления и окисляемости восстановленного материала.

Для достижения указанного технического результата в способе восстановления изделий из низкоуглеродистой перлитной стали после эксплуатации, включающем оптуск путем нагрева, выдержки и охлаждения, согласно изобретению, нагрев под отпуск осуществляют до температуры 450±10°C с выдержкой от 3 до 7 часов и охлаждением на воздухе, при этом нагрев в диапазоне температур от 100 до 450°C ведут со скоростью до 50°C/час.

Исследованиями установлено, что при длительной эксплуатации изделий из перлитных сталей в диапазоне температур от 150 до 350°C, подвергшихся закалке и высокому отпуску, вследствие пресыщения ферритной фазы по углероду происходит первоначально возникновение предвыделений, а затем и выделение мелких карбидов цементитного типа, приводящих к охрупчиванию стали.

При этом за счет различия в параметрах решетки возникают напряжения 2-го рода на границе карбид-матрица. Это облегчает зарождение и распространение трещин при динамическом (ударном) нагружении.

Восстановление хладостойкости стали после длительной эксплуатации в диапазоне температур от 150 до 350°С возможно благодаря проведению восстановительного отпуска при температуре 450±10°С с выдержкой от 3 до 7 часов с последующим охлаждением на воздухе. Существенное отличие от уровня техники обусловлено сочетанием пониженной температуры восстановительного отпуска и низкой скорости нагрева изделия перед восстановительным отпуском.

Низкая скорость нагрева изделий при восстановительном отпуске от 100 до 450°С, не превышающая 50°С/час, вызвана требованием равномерности прогрева элементов конструкции с разной толщиной стенки.

При этом в диапазоне температур 450±10°С происходит коагуляция карбидов цементитного типа, что приводит к восстановлению хладостойкости стали. При температуре ниже 440°С диффузионная подвижность атомов железа затруднена, что снижает степень коагуляции карбидов цементитного типа. Повышение температуры восстановительного отпуска свыше 460°С, а также увеличение длительности отпуска свыше 7 часов приводит к выделению мелких тугоплавких карбидов, таких как карбиды хрома, ванадия или ниобия, создающих напряжения на границе карбид-матрица и понижающих хладостойкость стали.

Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена таблица 1, в которой представлен химический состав стали марки 10ГН2МФА; на фиг.2 представлена таблица 2, в которой показано влияние режимов термической обработки на хладостойкость стали перлитного класса марки 10ГН2МФА после восстановительного отпуска.

Способ осуществляют следующим образом.

Изделие из перлитной стали после длительной эксплуатации в диапазоне температур от 150 до 350°С сначала нагревают в диапазоне температур 100 до 450°С со скоростью 50°С/час. Затем проводят восстановительный отпуск при температуре 450±10°С с выдержкой от 3 до 7 часов с последующим охлаждением на воздухе.

Способ поясняется следующим примером.

На металлургическом производстве «Ижорский завод» была выплавлена мартеновским способом низкоуглеродистая перлитная сталь марки 10ГН2МФА, химический состав которой приведен в таблице 1 (фиг. 1).

Из этой стали был изготовлен коллектор парогенератора ПГВ-1000 Южно-Украинской АЭС.

Указанную сталь перед эксплуатацией подвергали закалке и высокому отпуску. Материал после такой термической обработки отработал на станции 60 тысяч часов при температурах 250-350°C.

Затем из коллектора были вырезаны заготовки размером 15×15×60 мм, которые были подвергнуты восстановительному отпуску по заявляемому способу.

Восстановительный отпуск осуществляли при температуре 450°C с выдержками 3, 5 и 7 часов, а нагрев заготовок перед отпуском проводили со скоростью 50°C/час.

После восстановительного отпуска образцы охлаждали на воздухе.

Из этих заготовок были изготовлены образцы с острым надрезом для испытаний на ударный изгиб. Образцы были испытаны при температуре -10°C.

Кроме того, оценивали также коробление обечайки коллектора диаметром 4290×145 мм, прошедшего эксплуатационное воздействие при температурах 250-350°C в течение 60 тысяч часов по известному и заявляемому способам. Результаты испытаний представлены в таблице 2 (фиг. 2).

Заявляемый способ обеспечивает коагуляцию карбидов цементитного типа.

Заявляемый способ позволяет восстанавливать изделия из перлитных сталей в составе конструкции, без снижения других механических характеристик, без значимого коробления, поводок и окисления поверхности изделия с последующим исправлением.

Способ восстановления изделий из низкоуглеродистой перлитной стали после эксплуатации, включающий отпуск путем нагрева, выдержки и охлаждения, отличающийся тем, что нагрев под отпуск осуществляют до температуры 450±10°C с выдержкой от 3 до 7 часов и охлаждением на воздухе, при этом нагрев в диапазоне температур от 100 до 450°C ведут со скоростью до 50°C/час.
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ ПЕРЛИТНОЙ СТАЛИ ПОСЛЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ ПЕРЛИТНОЙ СТАЛИ ПОСЛЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-6 of 6 items.
20.01.2014
№216.012.973e

Атомно-энергетический комплекс

Изобретение относится к области атомной энергетики. Комплекс включает средство для забора воздуха, компрессор, соединенный с теплообменным устройством для охлаждения сжатого воздуха, турбодетандер, средства для транспортировки воды и воздуха с арматурой. Комплекс снабжен ядерной энергетической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504417
Дата охранного документа: 20.01.2014
10.03.2015
№216.013.2f55

Способ термической обработки полуфабрикатов из стали мартенситного класса

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к технологии термической обработки полуфабрикатов из стали мартенситного класса, предназначенных для изготовления деталей и узлов, работающих в условиях Крайнего Севера и Сибири, например контейнеров для перевозки отработавшего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543585
Дата охранного документа: 10.03.2015
20.07.2015
№216.013.63e0

Способ термической обработки поковок из высокопрочной коррозионно-стойкой стали мартенситного класса

Изобретение относится к области термообработки поковок из легированных сталей и предназначено для использования в судовом машиностроении при изготовлении гребных валов. Для получения требуемой категории прочности металла с пределом текучести не менее 800 МПа и повышения коррозионной стойкости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557115
Дата охранного документа: 20.07.2015
20.10.2015
№216.013.874e

Способ термической обработки сварных соединений из низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей

Изобретение относится к области термической обработки и предназначено для термообработки сварных соединений контейнерного оборудования и узлов, работающих в условиях длительной эксплуатации под воздействием ударного нагружения и пониженных температур. Для получения необходимой структуры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566241
Дата охранного документа: 20.10.2015
10.02.2016
№216.014.c52b

Способ химико-термической обработки деталей из сталей мартенситного класса

Изобретение относится к области технологии химико-термической обработки металлических материалов и предназначено для термической обработки деталей пар трения. Способ химико-термической обработки деталей пар трения из стали мартенситного класса включает объемную закалку заготовок из стали и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574944
Дата охранного документа: 10.02.2016
25.08.2017
№217.015.a47f

Способ термодиффузионного цинкования крепежных деталей из сталей бейнитного класса с одновременным повышением их хладостойкости

Изобретение относится к области химико-термической обработки изделий, а именно к технологии термодиффузионного цинкования крепежных деталей из сталей бейнитного класса, предназначенных для изготовления деталей и узлов, работающих в условиях Крайнего Севера и Сибири, например, в составе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002607505
Дата охранного документа: 10.01.2017
Showing 11-15 of 15 items.
20.05.2019
№219.017.5d5b

Листовая хладостойкая сталь для высоконагруженных конструкций контейнерной техники атомной и термоядерной энергетики

Изобретение относится к области металлургии, а именно к листовой хладостойкой стали, используемой в атомном энергомашиностроении при серийном производстве высоконадежной контейнерной техники для транспортировки и длительного хранения отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002413782
Дата охранного документа: 10.03.2011
01.06.2019
№219.017.7211

Способ производства поковок из штамповых сталей типа 5хнм

Изобретение относится к производству поковок из штамповой стали типа 5ХНМ, предназначенных для изготовления штампов для горячей штамповки. В процессе выплавки стали в нее вводят кальций в количестве от 0,0005 до 0,003%. Затем осуществляют ковку, при которой перед первым выносом слиток нагревают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690084
Дата охранного документа: 30.05.2019
09.06.2019
№219.017.7a7d

Способ термической обработки высокопрочной коррозионно-стойкой стали мартенситного класса

Изобретение относится к области термической обработки деталей и предназначено для использования в судовом и энергетическом машиностроении при изготовлении силовых крепежных элементов систем и узлов высокого давления. Техническим результатом изобретения является создание и промышленное освоение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002388833
Дата охранного документа: 10.05.2010
29.06.2019
№219.017.9f2e

Сталь конструкционная с высокой ударной вязкостью при криогенных температурах

Изобретение относится к области металлургии, к особохладостойким конструкционным сталям, используемым для изготовления оборудования, предназначенного для хранения и транспортировки сжиженного природного газа. Сталь содержит углерод, марганец, кремний, никель, ниобий, титан, кальций, кобальт,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002414520
Дата охранного документа: 20.03.2011
23.05.2023
№223.018.6d2e

Способ изготовления поковок из сталей аустенитного класса

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при изготовлении толстостенных поковок из сталей аустенитного класса, применяемых для получения изделий тепловой и атомной энергетики. Выплавленный слиток после полного прогрева подвергают гомогенизации при температуре...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002766225
Дата охранного документа: 10.02.2022
+ добавить свой РИД