Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Анализ структуры, фазового состава и механических свойств трубного сварного соединения из жаропрочного сплава HP40NbTi

С. Ю. Кондратьев, М. Д. Фукс, М. А. Фролов, С. Н. Петров

Аннотация


Методами световой и электронной микроскопии, рентгеноспектрального микроанализа исследованы микроструктура и фазовый состав трубного сварного соединения из сплава HP40NbTi на основе системы Fe - 25Cr - 35Ni. Определены его кратковременные и длительные механические свойства. Выявлены структурная неоднородность сварного соединения, формирование сегрегаций кремния и образование G -фазы в структуре сплава в зоне термического влияния. Показано, что особенности структуры сварного соединения из сплава HP40NbTi значительно снижают его механические свойства при температурах эксплуатации установок пиролиза.

Ключевые слова


refractory austenitic alloys; welded joint; microstructure; phase composition; G-phase; mechanical properties

Полный текст:

PDF

Литература


Garbiak M., Jasinski W., Piekarski B. Materials for reformer furnace tubes. History of evolution // Archives of Foundry Engineering. 2011. V. 11, Is. 2. P. 47 - 52.

Tawancy H. M., Ul-Hamid A., Mohammed A. I., Abbas N. M. Effect of materials selection and design on the performance of an engineering product An example from petrochemical industry // Materials & Design. 2007. V. 28, Is. 2. P. 686 - 703.

Ghatak A., Robi P. S. High-temperature tensile properties and creep life assessment of 25Cr35NiNb micro-alloyed steel // Journal of Materials Engineering and Performance. 2016. V. 25, Is. 5. P. 2000 - 2007.

Ul-Hamid A., Tawancy H. M., Mohammed A. R. I., Abbas N. M. Failure analysis of furnace radiant tubes exposed to excessive temperature // Engineering Failure Analysis. 2006. V. 13, Is. 6. P. 1005 - 1021.

Bonaccorsi L., Guglielmino E., Pino R. et al. Damage analysis in Fe - Cr - Ni centrifugally cast alloy tubes for reforming furnaces // Engineering Failure Analysis. 2014. V. 36. P. 65 - 74.

Alvino A., Lega D., Giacobbe F. et al. Damage characterization in two reformer heater tubes after nearly 10 years of service at different operative and maintenance conditions // Engineering Failure Analysis. 2010. V. 17, Iss. 7 - 8. P. 1526 - 1541.

Kenik E. A., Maziasz P. J., Swindeman R. W. et al. Structure and phase stability in cast modified-HP austenite after long- term ageing // Scripta Materialia. 2003. V. 49, Is. 2. P. 117 - 122.

Рудской А. И., Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю. и др. Особенности структуры и длительная прочность литого жаропрочного сплава 45Х26Н33С2Б2 // МиТОМ. 2013. № 4(694). С. 42 - 47. [Rudskoy A. I., Oryshchenko A. S., Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P., Fuks M. D., Petrov S. N. Special features of structure and long-term strength of cast refractory alloy 45Kh26N33S2B2 // Metal Science and Heat Treatment. 2013. V. 55, No. 3 - 4. P. 209 - 215.]

Borjali S., Allahkaram S. R., Khosravi H. Effects of working temperature and carbon diffusion on the microstructure of high pressure heat-resistant stainless steel tubes used in pyrolysis furnaces during service condition // Materials & Design. 2012. V. 34. P. 65 - 73.

Рудской А. И., Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П. и др. Трансформация структуры жаропрочного сплава 0,45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb при длительной высокотемпературной выдержке // МиТОМ. 2013. № 10(700). С. 7 - 14.@@Rudskoy A. I., Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P., Oryshchenko A. S., Fuks M. D., Petrov S. N. Transformation of the structure of refractory alloy 0.45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb during a long-term high-temperature hold // Metal Science and Heat Treatment. 2014. V. 55, No. 9 - 10. P. 517 - 525.

Рудской А. И., Анастасиади Г. П., Кондратьев С. Ю. и др. Влияние фактора числа электронных вакансий на кинетику образования, роста и растворения фаз при длительных высокотемпературных выдержках жаропрочного сплава 0.45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb // ФММ. 2014. Т. 115, № 1. С. 3 - 13.@@Rudskoi A. I., Anastasiadi G. P., Kondrat'ev S. Yu., Oryshchenko A. S., Fuks M. D. Effect of electron factor (number of electron holes) on kinetics of nucleation, growth, and dissolution of phases during long-term high-temperature holdings of 0.45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb superalloy // The Physics of Metals and Metallography. 2014. V. 115, No. 1. P. 1 - 11.

Alvino A., Ramires D., Tonti A., Lega D. Influence of chemical composition on microstructure and phase evolution of two HP heat resistant stainless steels after long term plant-service aging // Materials at High Temperatures. 2014. V. 31, Is. 1. P. 2 - 11.

Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П. и др. Особенности структурных изменений в жаропрочном сплаве 0.45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb при температурах эксплуатации. Сообщение 1. Литое состояние // Научно- технические ведомости СПбГПУ. 2012. № 1(142). С. 155 - 163.

Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П. и др. Особенности структурных изменений в жаропрочном сплаве 0.45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb при температурах эксплуатации. Сообщение 2. Влияние высокотемпературной выдержки // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2012. № 1-1(147). С. 217 - 228.

Рудской А. И., Анастасиади Г. П., Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю., Фукс М. Д. Особенности структурных изменений в жаропрочном сплаве 0.45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb при температурах эксплуатации. Сообщение 3. Механизм и кинетика фазовых превращений // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2012. № 3-2(154). С. 143 - 150.

Santos M., Guedes M., Baptista R. et al. Effect of severe operation conditions on the degradation state of radiant coins in pyrolysis furnaces // Engineering Failure Analysis. 2015. V. 56. P. 194 - 203.

Ilman M. N., Kusmono. Analysis of material degradation and life assessment of 25Cr - 38Ni - Mo - Ti wrought alloy steel (HPM) for cracking tubes in an ethylene plant // Engineering Failure Analysis. 2014. V. 42. P. 100 - 108.

Wang W. Z., Xuan F. Z., Wang Z. D. et al. Effect of overheating temperature on the microstructure and creep behavior of HP40Nb alloy // Materials & Design. 2011. V. 32, Is. 7. P. 4010 - 4016.

Liu C. J., Chen Y. Variations of the microstructure and mechanical properties of HP40Nb hydrogen reformer tube with time at elevated temperature // Materials & Design. 2011. V. 32, Is. 4. P. 2507 - 2512.

Guo J., Cao T., Cheng C., Meng X., Zhao J. Microstructure evolution and mechanical properties degradation of HPNb alloy after a five-year service // Materials Research Express. 2018. V. 5, Is. 4. 046509.

Hu B., Chen X., Liu C. et al. Study on microstructure and properties of centrifugal casting 35Cr45NiNb+MA furnace tubes during service // Materials at High Temperatures. 2019. V. 36, Is. 6. P. 489 - 498.

Рудской А. И., Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю. и др. Механизм и кинетика фазовых превращений в жаропрочном сплаве 45Х26Н33С2Б2 при длительных высокотемпературных выдержках. Часть 1 // МиТОМ. 2014. № 1(703). С. 3 - 8. [Rudskoy A. I., Oryshchenko A. S., Kondrat'ev S. Yu. et al. Mechanisms and kinetics of phase transformations in refractory alloy 45Kh26N33S2B2 in long-term high-temperature holds. Part 1 // Metal Science and Heat Treatment. 2014. V. 56, No. 1 - 2. P. 3 - 8.]

Рудской А. И., Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П. и др. Механизм и кинетика фазовых превращений в жаропрочном сплаве 45Х26Н33С2Б2 при длительных высокотемпературных выдержках. Часть 2 // МиТОМ. 2014. № 3(705). С. 12 - 19. [Rudskoy A. I., Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P. et al. Mechanism and kinetics of phase transformations in refractory alloy 45Kh26N33S2B2 under long-term high-temperature holds. Part 2 // Metal Science and Heat Treatment. 2014. V. 56, No. 3 - 4. P. 124 - 130.]

Кондратьев С. Ю., Пташник А. В., Анастасиади Г. П., Петров С. Н. Анализ превращений карбидных фаз в сплаве 25Cr35Ni методом количественной электронной микроскопии // МиТОМ. 2015. № 7(721). С. 36 - 43. [Kondrat'ev S. Yu., Ptashnik A. V., Anastasiadi G. P., Petrov S. N. Analysis of transformations of carbide phases in alloy 25Cr35Ni by the method of quantitative electron microscopy // Metal Science and Heat Treatment. 2015. V. 57, No. 7 - 8. P. 402 - 409.]

de Almeida L. H., Emygdio P. R. O., Le May I., Ferraz F. C. Microstructural characterization and geometrical analysis of welded joints of high temperature stainless steel tubes / In: Burke M. G., Clark E. A., Palmiere E. J., editors. Microstructural Science. Understanding Microstructure: Key to Advances in Materials. Materials Park (OH): ASM; Vol. 24. 1996. P. 193 - 198.

Allahkaram S. R., Borjali S., Khosravi H. Investigation of weldability and property changes of high pressure heat-resistant cast stainless steel tubes used in pyrolysis furnaces after a five-year service // Materials & Design. January 2012. Vol. 33. P. 476 - 484.

Guglielmino E., Pino R., Servetto C., Sili A. Damage investigation on welded tubes of a reforming furnace // La Metallurgia Italiana. 2015. V. 107, Is. 1. P. 53 - 58.

Singhatham C., Eidhed K. The study of welding repair parameters of tube 35Cr - 45Ni - Nb alloy of the ethylene heating furnace // Applied Mechanics and Materials. 2016. No. 848. P. 35 - 38.

Abbasi M., Park I., Ro Y. et al. Microstructural evaluation of welded fresh-to-aged reformer tubes used in hydrogen production plants // Engineering Failure Analysis. 2018. V. 92. P. 368 - 377.

Kondrat'ev S. Y., Anastasiadi G. P., Ptashnik A. V., Petrov S. N. Kinetics of the high-temperature oxidation of heat-resistant statically and centrifugally cast HP40NbTi alloys // Oxidation of Metals. 2019. V. 91, Is. 1 - 2. P. 33 - 53.

Beattie H. J., Versnyder F. L. A new complex phase in a high-temperature alloy // Nature. 1956. V. 178. P. 208 - 209.

Bergman G., Waugh J. L. T. The crystal structure of the intermetallic compound M6Si7Cu16 // Acta Crystallographica. 1956. V. 9, Pt. 3. P. 214 - 217.

Villars P., Calvert L. D. (eds.) Pearson's handbook of crystallographic data for intermetallic phases. 2nd ed., in 4 vols. Materials Park, Ohio: ASM International, 1991. V. 3. P. 4531 - 4532.

Chen Y., Dai X., Chen X., Yang B. The characterization of G-phase in Fe20Cr9Ni cast duplex stainless steel // Materials Characterization. 2019. V. 149. P. 74 - 81.

Ribeiro A. F., Borges R. M. T., de Almeida L. H. Phase transformation in heat resistant steels observed by STEM (NbTi)C - NiNbSi (G-phase) // Acta Microscopica. 2002. V. 11, Is. 1. P. 59 - 63.

Piekarski B. Effect of Nb and Ti additions on microstructure, and identification of precipitates in stabilized Ni - Cr cast austenitic steels // Materials Characterization. 2001. V. 47, Is. 3 - 4. P. 181 - 186.

Ibaсez R. A. P., de Almeida Soares G. D., de Almeida L. H., Le May I. Effects of Si content on the microstructure of modified-HP austenitic steels // Materials Characterization. 1993. V. 30, Is. 4. P. 243 - 249.

Powell D. J., Pilkington R., Miller D. A. The precipitation characteristics of 20 % Cr/25 % Ni - Nb stabilised stainless steel // Acta Metallurgica. 1988. V. 36, Is. 3. P. 713 - 724.

Yoshida M. The segregation of silicon on austenite grain boundaries and on austenite/carbide interfaces in high carbon steels // Scripta Metallurgica. 1982. V. 16, Is. 7. P. 787 - 790.

Chen Q. Z., Thomas C. W., Knowles D. M. Characterisation of 20Cr32Ni1Nb alloys in as-cast and ex-service conditions by SEM, TEM and EDX // Materials Science and Engineering: A. 2004. V. 374, Is. 1 - 2. P. 398 - 408.

Ecob R. C., Lobb R. C., Kohler V. L. The formation of G-phase in 20/25 Nb stainless steel AGR fuel cladding alloy and its effect on creep properties // Journal of Materials Science. 1987. V. 22, Is. 8. P. 2867 - 2880.

Knowles D. M., Thomas C. W., Keen D. J., Chen Q. Z. In service embrittlement of cast 20Cr32Ni1Nb components used in steam reformer applications // International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2004. V. 81, Is. 6. P. 499 - 506.

Abbasi M., Park I., Ro Y. et al. G-phase formation in twenty-years aged heat-resistant cast austenitic steel reformer tube // Materials Characterization. 2019. V. 148. P. 297 - 306.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2020.11.21-31

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2025