Вопросы для самопроверки

1. Что такое текстура деформации и как она влияет на свойства металла?

2. Чем отличается процесс первой стадии возврата от процесса полигонизации?

3. Какие факторы влияют на температурный процесс рекристаллизации?

4. Чем вызван процесс собирательной рекристаллизации?

5. Проходит ли процесс рекристаллизации после деформации ниже критической?

6. Когда будет крупнее рекристаллизованное зерно: после деформации на 25 или на 75 %?

7. В чем различие между статической и динамической рекристаллизацией?

8. Какие факторы влияют на текстуру рекристаллизации? В каких случаях текстура желательна и когда ее нужно избегать?

9. Зачем и как проводится процесс сфероидизации заэвтектоидных углеродистых и легированных сталей?

10. В чем заключается графитизация железоуглеродистых сплавов? Чем она опасна и как ее можно предупредить?

11. Укажите основные факторы, влияющие на процесс графитизации.

1.8. Углеродистые и легированные стали

1.8.1. Условия эксплуатации и требования к сплавам

В энергомашиностроении используют низколегированные жаропрочные, теплостойкие хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые стали с рабочими температурами до 585 С. Для более высокотемпературных элементов применяют железоуглеродистые сплавы аустенитного класса с температурами эксплуатации 600 - 640С. Промежуточное положение в употреблении занимают 12 %-ные хромистые стали с легирующими добавками карбидообразующих элементов.

Развитие энергетического машиностроения и других отраслей промышленности в настоящее время привело к расширенному использованию жаропрочных сплавов, работающих в условиях высоких температур. Повышение параметров эксплуатации деталей и мощности современных энергетических установок вызывают необходимость широкого и все более комплексного легирования сталей.

К жаропрочным материалам предъявляются специальные эксплуатационные требования – высокая длительная прочность и сопротивление ползучести.

Жаропрочность является структурно-чувствительной характеристикой металла и значительно изменяется в зависимости от рабочей температуры, напряжения и времени использования. Поэтому она представляет собой один из основных служебных параметров материала. Кратковременные механические свойства более стабильны при эксплуатации и не позволяют судить о работоспособности различных марок сталей при длительном сроке службы.

Жаропрочность материала обеспечивается выделением в процессе старения при высокой температуре дисперсных карбидных и интерметаллидных частиц. В результате перераспределения дислокаций и пластической деформации в металле формируется субструктура различных порядков. Величина субзерен и состояние субграниц оказывает влияние на сопротивление ползучести при работе под напряжением и высокой температуры. К структурным изменениям в условиях ползучести следует отнести и образование очагов разрушения по границам зерен, интенсивность которых определяет долговечность материала. Для жаропрочных материалов, рассчитанных на длительный срок службы, весьма важным становится вопрос об устойчивости исходной структуры и свойств. Стабильность этих характеристик при рабочих параметрах определяет надежность работы металла тепло- и электроэнергетического оборудования.

В настоящее время его значительная часть отработала расчетный срок (100 тыс. ч). За это время в металле произошли изменения исходной структуры, фазового состава, свойств, длительной прочности. Однако замена такого оборудования в большинстве случаев нецелесообразна, так как металл не исчерпал свой остаточный ресурс. За 100 тыс. часов работы остаточная деформация ползучести не превышает 0,5 %. Это значит, что большинство деталей и узлов может надежно работать и после такого времени службы. Исключением являются отдельные сильно нагруженные детали, которые подлежат замене.

Установление в процессе эксплуатации закономерностей изменения длительной прочности, скорости ползучести, фазового состава и других свойств различных сталей может послужить надежным средством для прогнозирования работоспособности металла и создания новых марок материалов.

Успешное развитие энергетической промышленности в значительной степени зависит от правильного выбора жаропрочных сталей и сплавов для различных элементов энергооборудования. Наиболее широко применяются низколегированные теплостойкие хромомолибденованадиевые, хромистые и аустенитные стали с 12 % хрома и выше. Изготовленные из них аппараты успешно работают в течение десятков лет при напряжениях 30 – 75 МПа и температурах от 500 до 650 С.

К материалам энергомашиностроения предъявляют следующие требования: высокое сопротивление ползучести и повышенная жаропрочность; стабильная структура и свойства при рабочих параметрах; коррозионная стойкость в различных агрессивных средах; а также технологичность при изготовлении деталей и агрегатов.

Этим сочетанием свойств обладают аустенитные и теплостойкие перлитные стали. Последние в исходном состоянии имеют сравнительно низкий уровень кратковременных и длительных прочностных характеристик и достаточно устойчивую структуру.

В процессе длительной работы под напряжением при высоких температурах в сталях происходит изменение исходной структуры, прочностных и пластических свойств и фазового состава. С течением времени в результате развития процессов сфероидизации и коагуляции фаз тип первоначальной структуры меняется.

В зависимости от степени легированности стали и ее свойств установлены предельные рабочие температуры для различных марок сплавов (табл. 1.4).

Работа различных деталей при температурах выше допустимых часто приводит к преждевременному разрушению, поэтому очень важно правильно оценить и выбрать материал с учетом фактических условий работы (состава газовой среды, температуры, напряжений, циклирования).

Таблица 1.4 - Предельные рабочие температуры сталей

Марка стали	ГОСТ или ТУ на сталь	ГОСТ или ТУ на трубы	Класс стали	Рабочие температуры, °С
12МХ	ГОСТ20072-74	ЧМТУ2580-54	перлитный	580
15ХМ	ТУ14-3-460-75	ТУ14-3-460-75	перлитный	550
12Х1МФ	ГОСТ20072-74	ТУ14-3-460-75	перлитный	570
15Х1М1Ф	ТУ14-3-460-75	ТУ14-3-460-75	перлитный	575
12Х11В2МФ	ТУ14-3-460-75	-	феррито-мар­тенситный	630
12Х18Н12Т	ГОСТ20072-74	ТУ14-3-460-75	аустенитный	610