Содержание к диссертации
Введение
1. Опыт эксплуатации конденсаторов паровых турбин 8
1.1 Особенности конструкций конденсаторов паровых турбин 8
1.2 Исследование характера повреждений конденсаторных труб из сплава МНЖ 5-1 в процессе эксплуатации 10
1.3 Требования, предъявляемые к материалам конденсаторных труб 15
2. Анализ коррозионной стойкости, механических свойств и физических характеристик известных ферритно-аустенитных (дуплексных) нержавеющих сталей 17
2.1 Стойкость против питтинговой коррозии 17
2.2 Стойкость против коррозии под напряжением 21
2.3 Механические свойства и физические характеристики дуплексных сталей 23
3. Выбор базового состава стали для трубных систем теплообменного оборудования 28
3.1 Состав технической пресной воды внутренних водоемов-охладителей АЭС 28
3.2 Стойкость нержавеющих сталей против локальных видов коррозии 28
3.3 Оценка свариваемости стали 02Х22Н5АМЗ 29
4. Исследование влияния структуры и фаз- выделений на стойкость к питтинговой коррозии сварных соединений стали 02Х22Н5АМЗ 38
4.1 Влияние термического цикла сварки на структуру и ударную вязкость стали 38
4.2. Влияние азота при сварке на фазовый состав и коррозионные свойства сварных соединений 41
4.3. Влияние фаз-выделений на стойкость сварных соединений к питтинговой коррозии 47
4.4 Изучение влияния температурно- временного режима термообработки на микроструктуру и механические свойства стали 02Х22Н5АМЗ 55
5. Исследование и оптимизация параметров термообработки тонкостенной трубы 028x0,7 мм в проходной электрической печи 57
5.1 Принципиальная конструкция нагревательной печи и способы нагрева труб в линии трубосварочного стана 57
5.2 Расчёт технологических параметров режимов нагрева трубы в проходной печи 68
6. Изготовление опытной партии сварных тонкостенных труб 028хо,7мм из стали марки 02х22н5АМЗ (SAF 2205) 86
6.1 Изготовление ленты из сляба стали марки 02Х22Н5АМЗ (SAF 2205) на ОАО ММЗ «Серп и Молот» 86
6.2 Изготовление опытно- промышленной партии труб 028x0,7мм на ОАО МТЗ«Филит» 88
6.3. Исследование структуры и коррозионной стойкости, металла опытной партии сварных труб 91
6.4 Механические свойства сварных труб после термообработки 98
Общие выводы 100
Литература 102
Приложение 110
- Исследование характера повреждений конденсаторных труб из сплава МНЖ 5-1 в процессе эксплуатации
- Механические свойства и физические характеристики дуплексных сталей
- Влияние азота при сварке на фазовый состав и коррозионные свойства сварных соединений
- Принципиальная конструкция нагревательной печи и способы нагрева труб в линии трубосварочного стана
Введение к работе
Теплообменники с технической пресной или морской охлаждающей водой широко применяются в энергетике, нефтехимии, газовой промышленности. Коррозия и эрозионный износ материалов и загрязнения охлаждающей среды продуктами коррозионных процессов сокращают продолжительность работы теплообменного оборудования и приводят к выходу из строя установок и аппаратуры, находящейся в замкнутом цикле технологических процессов.
Повреждаемость теплообменного оборудования оказывает отрицательное влияние на надежность и экономичность работы энергетического оборудования. Из-за снижения нагрузки и простоев для ремонта протечек в теплообмен-ных поверхностей парогенераторов, подогревателей высокого и низкого давления, конденсаторов энергоблоков АЭС с реакторами ВВЭР-1000, недовыработка электроэнергии может составлять до 10%.
Наиболее частые повреждения паровых конденсаторов обусловлены разрушением конденсаторных труб. Несмотря на то, что протечки труб редко вынуждают к отключению паровых конденсаторов, но они практически всегда приводят к кратковременному снижению нагрузки для того, чтобы найти протечки и заглушить неплотные трубы.
Согласно статистическим данным отказы в работе паровых конденсаторов связаны, главным образом, с возникновением в трубах коррозионных повреждений. Со стороны воды эти повреждения обусловлены эрозионной коррозией и локальной коррозией в виде питтингов и желобов растрава.
При использовании труб из латуней и медно- никелевых сплавов обычные протечки вальцованных соединений могут многократно усилиться вследствие коррозионных процессов за счет гальваноэффекта. Неплотности трубных систем (негерметичность завальцовки, перфорация труб) особенно пагубны для атомных энергетических установок, охлаждаемых водой под давлением. Неплотности усиливают вынос меди в теплоноситель 2-го контура. Повышенная концентрация меди при периодическом (даже кратковременном) повышении кислорода в теплоносителе увеличивает риск разрушения труб парогенераторов
5 из стали 08Х18Н10Т вследствие коррозионного растрескивания под напряжением.
Наиболее радикальным способом повышения долговечности паровых конденсаторов и повышения мощности турбоагрегатов является применение труб из нержавеющих сталей. Нержавеющие стали ряда марок существенно превосходят сплавы на медной основе по коррозионной стойкости, в первую очередь по стойкости против локальной, питтинговой коррозии. Применение нержавеющих сталей создает возможность обеспечения плотности конденсаторов за счет обварки труб в трубных досках, уменьшает опасность гальванической коррозии.
Для изготовления теплообменного оборудования за рубежом все большее применение находят ферритно- аустенитные (дуплексные) нержавеющие стали, хорошо зарекомендовавшия себя при работе во многих агрессивных средах при температурах от минус 50 до плюс 300С. Когда рассматривается вопрос о выборе дуплексной нержавеющей стали для подогревателей, конденсаторов, испарителей и т.п., главным является сопротивление материала локальной коррозии. Среди главных факторов, которые влияют на склонность к питтингообра-зованию стали, следует отметить температуру, содержание хлоридов, рН.
Цель настоящей диссертационной работы состояла в том, чтобы с учетом указанных выше факторов определить приемлемый состав ферритно- аустенит-ной стали, устойчивой против питтингообразования в условиях теплообмена с охлаждающей технической пресной водой и разработать технологию изготовления тонкостенных прямошовных сварных труб для возможного использования при изготовлении теплообменного оборудования, в частности конденсаторов паровых турбин.
Задачи работы. В связи с известным влиянием состава, структуры, температурного воздействия на стойкость к питтинговой коррозии, а также, учитывая, что сварка тонкостенных труб в линиях трубосварочных станов производится Ar-дуговым методом вольфрамовым электродом без присадочных материалов, для решения проблемы использования дуплексных сталей взамен мед-
ных сплавов для трубных систем теплообменного оборудования необходимо было решить следующие детали:
обосновать возможность использования ферритно-аустенитной стали 02Х22Н5АМЗ для теплообменных труб конденсаторов турбин, использующих для охлаждения техническую пресную воду естественных водоемов;
исследовать влияние нагрева до различных температур (при скоростях нагрева и охлаждения, характерных для сварки) на микроструктуру и свойства стали 02Х22Н5АМЗ;
исследовать возможность благоприятного формирования структуры и химического состава в тонкостенных трубах при аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом с различным добавлением азота в защитный и поддувоч-ный газ;
определить влияние структуры и фаз-выделения на стойкость сварных соединений тонкостенных труб к питтинговой коррозии;
определить температурно-временные режимы термической обработки труб в процессе изготовления в линии трубосварочного стана.
Методы исследований включали оценку стойкости нержавеющих сталей против питтингообразования путем расчета значений параметра PRE- эквивалента питтингообразования, прямых испытаний в соответствии с ГОСТ 9.912-89 (ASTM G48), выбор по результатам этих испытаний оптимального состава стали для теплообменного оборудования с охлаждающей технической пресной водой, металлографический анализ и электронную микроскопию структуры основного металла и сварных соединений, рентгеноструктурный фазовый анализ, другие стандартные и специальные методы исследований свойств стали и сварных соединений.
Практическая ценность. На основании результатов проведенных исследований обосновано применение ферритно-аустенитной стали 02Х22Н5АМЗ для изготовления тонкостенных труб, пригодных для теплообменного оборудования, работающего с охлаждающей технической пресной водой. Разработка технологии и изготовление ленты (штрипса) толщиной 0,7мм и прямошовных
7 сварных труб 028x0,7мм из стали 02Х22Н5АМЗ, рекомендации по увеличению стойкости сварных соединений к питтинговой коррозии путем добавления азота в защитный газ, а также проведением послесварочной термообработки при температуре 1050С, в проходной печи, смонтированной в линию трубосварочного стана, опробованные на ОАО ММЗ «Серп и Молот» и ОАО МТЗ «Филит» при изготовлении опытных партий ленты и труб.
Разработана технологическая документация ТУ 27.02.09.001-2003 «Лента холоднокатаная резаная из коррозионностойкой стали марки 02Х22Н5АМЗ (SAF 2205) в рулонах» и ТУ 27.02.09.002-2003 «Трубы стальные электросварные из коррозионностойкой стали марки 02Х22Н5АМЗ (SAF 2205).
В результате проведенных исследований для изготовления тонкостенных труб, пригодных для использования при изготовлении теплообменного оборудования, работающем с технической пресной охлаждающей водой, выбрали ферритно- аустенитную сталь 02Х22Н5АМЗ (SAF 2205), разработана технология сварки труб из этой стали, опробованная на ОАО МТЗ «Филлит», разработана техническая документация ТУ 27.02.09.001-2003 и ТУ 27.02.09.002-2003 на ленту (штрипс) и электросварные трубы из стали 02Х22Н5АМЗ.
Исследование характера повреждений конденсаторных труб из сплава МНЖ 5-1 в процессе эксплуатации
Конденсатор должен быть герметичным во избежание подсоса воздуха из окружающей среды. Вакуум в паровом объеме конденсатора и давление охлаждающей воды выше атмосферного создают существенный перепад давлений, за счет которого в конденсирующийся пар через неплотности может проникать охлаждающая вода, недопустимо ухудшая качество конденсата. Наиболее вероятным местом неплотностей являются места соединений трубок с трубными досками, а также места с коррозионными повреждениями.
Образовавшийся конденсат при хорошей плотности трубок охлаждающей системы является дистиллятом. Для поддержания в конденсаторе требуемого вакуума применяют специальные воздухоотсасывающие устройства— паровоздушные эжекторы. Их работа основана на том, что при выходе из рабочего сопла конденсатора рабочий пар (отобранный из турбины) увлекает за собой паровоздушную смесь из конденсатора турбины, создавая в ней вакуум.
Образовавшийся в конденсаторе дистиллят насыщен кислородом. Частичное удаление кислорода из конденсата возможно путем прокачки пара через конденсат в сборнике конденсата, т.е. организацией барботажа конденсата.
Вода для охлаждения конденсатора забирается циркуляционным насосом из расположенных вблизи электростанции естественных источников водоснабжения (река, море, озеро) или из искусственных водоемов (водохранилища, бассейны). Если забор технической воды на охлаждение и сброс ее из конденсатора осуществляется в естественный водоем, система водоснабжения называется прямоточной.
При использовании искусственных источников водоснабжения вода из конденсаторов направляется в специальные устройства: пруды- охладители, брызгальные бассейны, градирни. После охлаждения в них вода вновь подается в конденсаторы. Такая система водоснабжения называется оборотной.
Если для охлаждения используется высокоминерализованная морская вода, приходится использовать дополнительные теплообменники, в которых морская вода, двигаясь по разомкнутому контуру, отводит тепло от технической воды, предназначенной для охлаждения агрегатов атомной электростанции и циркулирующей по замкнутому контуру.
Наиболее частые повреждения паровых конденсаторов обусловлены разрушением конденсаторных труб. Несмотря на то, что протечки труб редко вынуждают к отключению паровых конденсаторов, но они практически всегда приводят к кратковременному снижению нагрузки для того, чтобы найти протечки и заглушить неплотные трубы.
Согласно статистическим данным отказы в работе паровых конденсаторов связаны, главным образом, с возникновением в трубах коррозионных повреждений. Со стороны воды эти повреждения обусловлены эрозионной коррозией и локальной коррозией в виде питтингов и желобов растрава. Со стороны пара имеют место коррозионное воздействие аммиака и ударно- капельная коррозия.
При использовании труб из латуней и медно- никелевых сплавов обычные протечки вальцованных соединений могут многократно усилиться вследствие коррозионных процессов за счет гальваноэффекта. Неплотности трубных систем (негерметичность завальцовки, перфорация труб) особенно пагубны для атомных энергетических установок, охлаждаемых водой под давлением. Неплотности усиливают вынос меди в теплоноситель 2-го контура. Повышенная концентрация меди при периодическом (даже кратковременном) повышении кислорода в теплоносителе увеличивает риск разрушения труб парогенераторов из стали 08Х18Н10Т вследствие коррозионного растрескивания под напряжением.
Для исследований был использован отрезок трубы из медно- никелевого сплава МНЖ 5-1, вырезанный из конденсатора турбины Ленинградской АЭС И Исследования проводились методами оптической металлографии (цифровая компьютеризированная установка разработки ЦНИИТМАШ), рентгеност-руктурного анализа (рентгеновская установка УРС-2,0), микрорентгеноспек-трального анализа (анализатор «САМЕВАХ MICROBEAM») и просвечивающей электронной микроскопии (метод реплик, электронный микроскоп JEM-100В).
В результате визуального осмотра на внешней поверхности образца трубы были обнаружены дефекты в виде наростов, сквозных отверстий в стенке трубы, язв на внешней поверхности (рис. 1.2).
Исходя из результатов визуального осмотра внешней и внутренней поверхностей трубы, можно однозначно заключить, что хаотически расположенные локальные повреждения, приводящие в отдельных местах трубы к перфорации, являются следствием коррозионных процессов. Коррозионные повреждения, очевидно, обусловлены воздействием охлаждающей воды на внутренней стороне трубы. Повреждения наблюдаются и с внешней ее стороны.
Для уточнения природы дефектов труба была разрезана в местах расположения дефектов перпендикулярно оси. Из рисунков 1.3 и 1.4 видно, что вследствие коррозионных процессов на внутренней поверхности трубы в большом количестве наблюдаются коррозионные язвы, приводящие к появлению в стенке отверстий, заполненных продуктами коррозии.
Для определения состава продуктов коррозии был проведен рентгеност-руктурный и микрорентгеноспектральный анализ фазового и химического состава нароста, приведенного на рисунке 1.2а. Для этого указанный дефект был механически вскрыт. Он оказался состоящим из продуктов коррозии в виде порошка темно-красного цвета. Микрорентгеноспектральный анализ обнаружил наличие большого количества меди, кислорода и следов никеля. Рентгеност-руктурный анализ показал, что этот порошок состоит из окисла СигО и крайне незначительного количества меди (или, судя по параметру элементарной ячейки, меди с содержанием никеля « 10%).
Можно предположить следующий механизм образования окиси С112О. При взаимодействии с ионами хлора, сульфат-ионами, растворенным в воде кислородом и т.п. происходит постепенное растворение материала труб в местах дефектов различного происхождения. На первой стадии образуются хлориды, сульфаты и, возможно, другие соединения как никеля, так и меди. Но, поскольку в электрохимическом ряду напряжений медь стоит правее никеля, то никель вытесняет медь из ее соединений с образованием атомарной меди. Вследствие повышенной химической активности атомарная медь соединяется с кислородом, образуя оксид СигО.
Механические свойства и физические характеристики дуплексных сталей
Термическая обработка сварных труб в процессе их производства является обязательной операцией и предназначена для: - снятия временных и остаточных сварочных напряжений, а также напряжений, возникающих в трубах вследствие пластической деформации штрипса в фор мирующих роликах; - формирования заданной структуры в металле шва и в зоне термического влияния. При использовании для сварных труб феррито-аустенитных сталей, в частности стали 02Х22Н5АМЗ, наряду со снятием напряжений и стабилизацией размеров труб термическая обработка должна обеспечить в металле шва, сформированного за счет проплавлення стыкуемых вдоль оси труб кромок, структуры с 40% аустенита. Это необходимо для обеспечения требуемого уровня механических свойств и коррозионной стойкости сварных соединений. Оптимальным диапазоном температур термической обработки для снятия напряжений в сварных трубах и формирования феррито-аустенитной ( 40% аустенита) структуры в металле шва является интервал 1050-1100С. Процесс изготовления сварной трубы 0 28x0,7 из ленты стали 02Х22Н5АМЗ сводится, в основном, к формовке профиля трубы на 8 крестовом валковом стане, сварке кромок неплавящимся электродом в атмосфере смеси аргона и азота при скорости 1,5 - Зм/мин и в термообработке трубы в проходной печи конструкции ЦНИИТМАШ при температуре 1050 - 1080 С. На рис.5.1. показан горизонтальный разрез печи на уровне расположения трубы. 108 вертикальных стержневых нагревателей сгруппированы в четырёх зонах по длине. Первые три зоны содержат по 12 пар нагревателей, а последняя - 18 пар. Температуры нагревателей по зонам: ti.i , ti.2 , tu и t A могут задаваться с пульта управления независимо. При скорости движения трубы V=3 м/мин на длине 2330 мм за 47 секунд (при V=l,5 м/мин за 94 сек) необходимо нагреть трубу до 1050 - 1100 С. Рабочее пространство печи с целью предотвращения окисления поверхности заполнено аргоном. fi, Ї2, ґз — площади поверхностей; ti, Хг, 13- температуры поверхностей; qb q2, Яз — потоки результирующего излучения (индексы обозначают 1 — нагревательный элемент, 2 - труба, 3 — внутренняя поверхность футеровки) Тепловая мощность, достаточная для функционирования печи, складывается из полезной мощности нагрева трубы и рассеиваемой во внешнюю среду мощно 59 сти потерь. Полезная мощность необходимая для нагрева трубы может быть рассчитана по формуле: Если t2Ha4=20C, a t2KOH=1050C, и V=3 м/мин cv = 4,27-106 дж/м3гр то q2 =13,6 кв. Тепловая мощность потерь определяется потоками, протекающими от внутренней поверхности футеровки имеющей температуру із через два слоя футеровки и металлический кожух в окружающую среду с температурой tcp =20С (рис.5.2.). где r ,r",r" - кондуктивные тепловые сопротивления двух слоев теплоизоляции, воздушных прослоек и кожуха: Таким образом, для реализации процесса нагрева трубы и компенсации потерь, к нагревательным элементам необходимо подвести суммарную мощность: qc= q2+q3+ = 13,6+7,31 =21 кВт. Коэффициент полезного действия печи равен: Расчёты процессов нагрева трубы. При движении в печном пространстве со скоростью V = 1,5 - 3 м/мин, тепло подводится к трубе двумя путями — через конвекцию внутренних газов и лучеиспусканием нагревательных элементов и стенок печи. Как будет показано ниже тепловые потоки лучистого нагрева, в рассматриваемом случае, примерно в 40 раз выше конвективных потоков. Это объясняется тем, что при небольшой по длине печи приходится применять высокоинтенсивные нагреватели с температурой ti = 1300-5-1400 С, а естественные конвективные потоки в атмосфере аргона ограничены. Тем не менее, для получения необходимой точности, фактор конвекции следует включить в общую схему алгоритма. Расчёты процесса нагрева трубы проводятся на основе суммирования количества тепла подводимого к элементу длины трубы при последовательном прохождении 54 ячеек печи. Рассматриваются ячейки двух типов: расположенные внутри зоны нагрева; с номерами: 2ч-11, 14н-23, 26-=-35, 38-г53. Шаг этих ячеек по оси печи AZB = 40 мм, ячейки, расположенные по краям зон нагрева имеют длину AZH = 75 мм.
Влияние азота при сварке на фазовый состав и коррозионные свойства сварных соединений
Технологическая схема производства сварных труб предусматривает: - разрезку ленты на полосы (ленты - заготовки) заданной ширины; - стыковку полос для обеспечения непрерывного процесса; - формовку ленты-заготовки в трубную заготовку; - сварку кромок трубной заготовки в трубу неплавящимся электродом в сре де нейтрального защитного газа; - калибровку труб по диаметру; - разрезку труб на заданные мерные длины согласно заказу; - термическую обработку труб; - контроль качества в процессе производства и сдаточные испытания со гласно требованиям ТУ и заказа. Для изготовления труб согласно ТУ 27.02.09.002-2003 был выбран Трубо-электросварочный агрегат 8-25 "ТЭСА 8-25", наиболее оснащенный современ-ными средствами автоматизации процесса производства труб и контроля их качества. В состав трубосварочного агрегата входят: - разматыватель рулонов; - стыкосварочное устройство; - петлевое устройство для обеспечения запаса ленты-заготовки и непрерыв ной работы агрегата в период стыковки; - устройство для очистки и сушки ленты; - толщиномер для контроля толщины ленты; - формовочный стан, состоящий из 8 приводных клетей с горизонтальными осями и 7 промежуточных клетей с вертикальными (эджерными) валками. В каждой клети установлено 2 валка, профиль которых обеспечивает соответствующую формовку ленты в трубную заготовку; - сварочный стан, в состав которого входит клеть с направляющими валками, опорносварочный узел с защитной камерой, сварочная горелка и смеситель, сварочная машина, включающая источник постоянного тока и приставку, выдающую дополнительный сварочный ток в виде высокочастотных импульсов частотой 15 кГц, накладываемых на основной (постоянный) сварочный ток, регулятор напряжения дуги. Сварочная машина модели HPW-120T-400B при номинальной потребляемой мощности до 25 квт обеспечивает максимальный базовый постоянный ток - 400 А, номинальное напряжение тока питания 200в (-10%) трехфазного переменного тока номинальной частоты 50ГЦ. При сварке горелка может перемещаться в трех взаимоперпендикулярных направлениях и устанавливаться под углом относительно положения шва трубы. Для предотвращения окисления металла сварочной ванны и формирования грата с внутренней поверхности трубы в свариваемую трубу и в зазор между свариваемыми кромками перед горелкой в защитной камере подается газоза 90 щитная смесь (обычно аргон + водород при сварке труб из стандартных аусте-нитных сталей типа 08Х18Н10Т). - устройство для охлаждения сварочного шва (холодильник) с форсунками для подачи воды; - устройство для зачистки шва трубы - удаления наружного грата иглофре-зой (при необходимости); - калибровочный стан, состоящий из 6 приводных клетей с горизонтальными осями, оснащенных валками с калибрами, обеспечивающими получение труб, диаметр которых соответствует заданному; - устройство - клеть для правки труб в потоке, состоящее из станины и двух пар валков с вертикальной и горизонтальной осями с регулируемым положением; - установка для контроля сплошности трубы и точности диаметра, дающая сигнал - команду на отбраковку; - установка для резки труб в потоке трубоэлектросварочного агрегата с точностью до 4 мм; Трубоэлектросварочный агрегат ТЭСА ТЭН 8-25 предназначен и рассчитан для выпуска труб диаметром от 8 до 25 мм длиной до 7 м. Для изготовления труб 0 28 мм и длиной 14 метров был проведен ряд исследований и технологических проработок: - изготовлены формирующие и калибрующие ролики для труб 0 28 мм; - определена и конструктивно проработана возможность удлинения выходной части ТЭСА "8-25" для производства и резки труб длиной 14000 мм. Для обеспечения требуемых техническими условиями механических и коррозионных свойств на заводе имеется проходная электропечь с роликовым лодом, обеспечивающая методический нагрев труб до температуры 1050 -1070 С и последующее охлаждение на воздухе. Для термообработки труб в потоке трубоэлектросварочного агрегата ЦНИИТМАШем была предложена опытная установка - печь, установленная в линии ТЭСА ТЭН 8-25, оснащенная электронагревателями сопротивления. Оборудование для контроля качества труб. Участок производства труб для ТЭН (агрегаты ТЭСА ТЭН 8-25), оснащены современными приборами для контроля толщины ленты-заготовки, размеров и сплошности труб. Для обеспечения производства, контроля сплошности и размеров труб 028x0,7 мм не входящих в проектный сортамент агрегатов, проверена и подтверждена возможность контроля указанных труб имеющимися дефектоскопами и изготовлены втулки датчиков. Выдерживающие температуру до 50 - 70 С. 6.3. Исследование структуры и коррозионной стойкости, металла опытной партии сварных труб. Опытно-промышленная партия труб 028x0,7 мм была изготовлена в основном, по сложившейся технологии на трубосварочных станах заводов ОАО МТЗ «Филит».
Принципиальная конструкция нагревательной печи и способы нагрева труб в линии трубосварочного стана
Растворение мелкодисперсной фазы в металле шва в результате термической обработки труб при 1050-1080С и также более интенсивное ос—»у превращение приводит к существенному восстановлению иммунитета металла шва против питтинговой коррозии, присущее основному металлу.
В состоянии после сварки структура металла шва и зоны термического влияния сварных соединений стали 02Х22Н5АМЗ, включает преимущественно 8-феррит, продукты распада аустенита (а -фаза), нитриды и интерметаллидные частицы.
Для оценки стойкости сварных труб против питтинговой коррозии использовали: на ряду с ускоренным методом (выдержку образцов в 6%-ном рас-творе FeCb плотностью 1,049 г/см с определением критической температуры питтингообразования); метод оценки путем длительной (3000 ч) изотермической выдержки образцов в 3%-ном водном растворе NaCl при температуре 70С, что в большей степени отвечает условиям работы трубных элементов конденсаторов, охлаждаемых водой.
Критерием стойкости против питтингообразования в обоих случаях являлись результаты визуального осмотра образцов сварных соединений и основного металла. При испытаниях в 3% растворе NaCl критерием стойкости против питтингообразования является также время до появления очагов питтингов. В экспериментах использовали продольные образцы длиной 50 мм, вырезанные из труб и разрезанные вдоль образующей таким образом, что одна половинка имела сварной шов, вторая являлась основным металлом.
Результаты испытаний металла труб, изготовленных ОАО МТЗ «Филит» подтвердили, что сталь 02Х22Н5АМЗ практически стойка против питтингообразования при испытании по ГОСТ 9.912-89 (табл. 6.4).
Испытания в 6%-ном водном растворе FeCl при температурах до 40С не привели к питтинговой коррозии образцов основного металла труб как в исходном состоянии, так и после термической обработки в линии стана и в стационарной печи. Критическая температура питтингообразования стали 02Х22Н5АМЗ со 97 ставляет 40С, что соответствует сведениям в опубликованных источниках. Повышение температуры среды до 45 С приводит к интенсивной питтинговой коррозии стали.
В то же время сварные соединения стали 02Х22Н5АМЗ в исходном состоянии подвержены интенсивной питтинговой коррозии с хрупким разрушением металла шва после испытаний при температуре 30С.
Следует отметить, что отжиг в печи при температуре 1050С в течение 30 минут, а также термообработка труб в линии стана ОАО МТЗ «Филит» обеспечивает стойкость металла шва против питтингообразования на уровне основного металла. При испытаниях в 6%-ном водном растворе FeCb при температуре 40 в металле шва труб, подвергнутых термообработке в стационарной печи и в линии стана, не обнаружены очаги питтинговой коррозии, что подтверждает ранее полученные результаты лабораторных исследований.
Испытания стойкости против питтингообразования в 3%-ном водном растворе NaCl при 70С проведены в соответствии с программой, составленной совместно с ЦНИИ КМ «Прометей». Эти испытания по степени влияния на коррозионное поведение нержавеющих сталей более близки к условиям работы трубных систем конденсаторов, охлаждаемых технической пресной водой. Испытаниям подвергли образцы сварных труб, изготовленных с применением всех опробованных вариантов технологии в исходном и термообрабо-танном состояниях. Визуальный контроль поверхности образцов из основного металла и сварных соединений не выявил очагов питтинговои коррозии ни на одном из исследованных образцах (табл. 6.5). На отрезках труб 028x0,7 мм длиной 30 мм в состояниях без термообработки и в термообработанном состоянии проведены испытания на сплющивание по ГОСТ 8695 до расстояния между сплющивающими поверхностями, равным 1/3 Дн. Сварной шов при испытаниях располагали под углом 90С к оси приложения нагрузки. Отрезки труб выдержали испытания на сплющивание- разрушений и трещин не было. Испытания на раздачу ГОСТ 8694 показало, что разрушений нет. По результатам испытаний вальцовочных соединений труб из стали 02Х22Н5АМЗ (SAF 2205) с трубными досками, выполненных пятироликовыми вальцовками с различным крутящим моментом установлена возможность обеспечения газовой плотности соединений труба — трубная доска при следующем сочетании технологических операций: - предварительная раскатка трубных отверстий 0 28,3 до 0 28,6 мм с упрочнением цилиндрической части отверстий; - отработка отверстий шариковым раскатником для создания на их поверхности гребенчатого профиля с выступами высотой 0,09-0,11 мм; - после насыщения трубных досок трубами предварительная раскатка труб в отверстиях пятироликовой вальцовкой с крутящим моментом 1 кГм; - окончательная вальцовка труб пятироликовой вальцовкой с крутящим моментом 3,1-3,3 кГм.
Похожие диссертации на Формирование структуры и свойств сварных соединений тонкостенных труб из ферритно-аустенитной стали 02Х22Н5АМЗ
