8. Выберите по справочнику вид и режим упрочняющей термической обработки.

Закалка с 1050÷1080°С в воде (или на воздухе для тонких сечений толщиной 5÷10 мм).

9. Зарисуйте график термической обработки.

10. Запишите полученный ответ.

Сталь Х18Н10Т; режим термической обработки – закалка с 1050÷1080° на воздухе.

Задачи по выбору материалов, применяемых в нефтехимическом производстве

1. Прочитайте условия задачи.

Рекомендуйте марку стали для изготовления корпуса аппарата, работающего под давлением при температуре от -40ºС до +400ºС в средах, содержащих уксусную кислоту и ионы хлора. Известно, что аппарат должен быть выполнен из двухслойной стали. Материал должен обеспечить предел прочности не менее 510 МПа при относительном удлинении не менее 40%.

2. Запишите условия задачи.

Дано: σ_в = 510 МПа,

t = - 40ºС,

t = + 400ºС,

δ = 40%.

Найти: марку - ?

структуру - ?

обработку -?

3. Определите условия работы детали.

Аппарат работает в условиях действия активной коррозионной среды при высоких температурах, а также подвергается воздействию слабых статистических нагрузок. Наружная стенка аппарата должна выдерживать низкие температуры.

Данные условия работы, согласно табл.1, соответствуют номеру условия 8.

4. Определите возможные «отказы» детали.

Согласно табл.2, аппарат, работающий в подобных условиях, может подвергаться коррозионному разрушению под воздействием агрессивных сред.

5. Составьте профиль свойств, обеспечивающих безаварийную работу детали.

Профиль свойств

σ0,2 МПа	σ-1 МПа	δ %	КСU Дж/м2	Т50	D50	HВ Пов.	HRC серд.	Кор.ст.	Траб
150- 240	306	40	≥50	-40	0	200-250	200-250	1		-40 + 500

6. Воспользуйтесь справочником и выберите марку материала, удовлетворяющего составленному Вами профилю свойств.

Рекомендуем двухслойную листовую сталь, состоящую из основного слоя из стали 09Г2С и плакирующего слоя из коррозионно-стойкой стали 10Х17Н13М3Т.

7. Обоснуйте выбор материала.

10Х17Н13М3Т относится к аустенитным сталям. Имеет следующий химический состав: С не более 0,1%, Cr – 16-18%, Ni – 12-14%, Mo – 2-3%, Ti – (5С-0,7)%.

Основным преимуществом сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики (проч­ность, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое приме­нение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения.

В хромоникелевых аустенитных сталях промышленных плавок возможны следующие фазовые превращения: 1) об­разование карбидных, карбонитридных фаз и σ-фазы при нагревах в интервале 650÷850ºС; 2) растворение этих фаз при нагреве до более высоких температур (1100÷1200°С); 3) обра-зование δ-феррита при высокотемпературных нагре­вах; 4) об-разование α- и ε-мартенситных фаз при охлаж­дении и пластической деформации.

Выделение карбонитридных фаз происходит преимуще­ственно по границам зерен, что снижает пластичность ста­лей и их сопротивление МКК. Резко становятся хрупкими стали при образовании σ-фазы.

Целью термической обработки является получение аус-тенитной структуры, снятие внутренних напряжений и устранение склонности к МКК, которая возникает при сварке, горячей обработке давлением или других технологических операциях. Стали, стабилизированные титаном, зака­ливают из двухфазной области аустенита и специальных карбидов TiC, причем температура закалки не зависит от содержания углерода и составляет обычно 1000÷1100°С, чаще всего 1050°С. Более высокие температуры нецелесообразны из-за возможного роста зерна и начала растворения специальных карбидов.

После закалки стали приобретают оптимальное сочета­ние характеристик механических свойств и коррозионной стойкости.

Недостатком закалки является необходимость нагрева до высоких температур, быстрого охлаждения, что часто трудно технологически осуществить и вызывает коробле­ние конструкции. Для сталей, легированных титаном, в процес­се отжига возможно превращение карбидов хрома в специ­альные карбиды TiC, что также устраняет склон­ность к МКК. Температура стабилизиру­ющего отжига обычно составляет 850÷950°С. Отжиг до­пускает более медленное охлаждение, обычно на воздухе, и более эффективен для стабилизированных сталей.

Стали, содержащие титан, называются стабили­зированными, их применяют для сварных конструкций, не опасаясь, что зона термического влияния потеряет стойкость против МКК. При устра­нении обедненного хромом слоя после повторной закалки или стабилизи­рующего отжига при 850°С с выдержкой не менее 3 ч, достаточного для диффузионного выравнивания содержания хрома в этом слое и в зернах, стойкость против МКК восстанавливается.

Для наружного слоя аппарата рекомендуем сталь 09Г2С, которая относится к группе хладостойких сталей. Имеет следующий химический состав: С – 0,09%, Mn – 1,3÷1,65%,

Si – 0,5÷0,8%.

Снижение содержания углерода предотвращает образование при сварке в зоне термического влияния хрупких закалочных мартенситных структур. В свариваемых хладостойких сталях со­держание углерода должно быть ниже 0,2%, и в структуре долж­но быть мало перлита (малоперлитные стали).

Введение в углеродистую сталь марганца до 2% и кремния до 0,8% упрочняет ферритную матрицу благодаря образованию твер­дого раствора замещения. Легирование марганцем измельчает зерно и увеличивает вязкость феррита, что повышает величину работы распространения трещины при низких температурах.

Для повышения хладостойкости и свариваемости строитель­ных сталей применяют малоперлитные стали с низким содержа­нием углерода, микролегированные сильными карбидообразующими элементами. К сталям этой группы относятся стали марок 09Г2, 09Г2С, 09Г2СД, 16Г2АФ, 14Г2АФ, 14Г2САФ и др.