Вплив термічної обробки на структуру і стійкість проти міжкристалічної корозії труб з низьковуглецевих аустенітних сталей

5. Вперше показано, що підвищений вміст -фази (до 15 %) у трубній заготовці зі сталі 03Х 18Н 11 призводить до структурно-вибіркової корозії в гарячедеформованих трубах і, як результат, до підвищеної у 3...5 разів швидкості корозії при випробуванні за методом ДУ - внаслідок збільшення поверхні та вільної енергії міжфазних границь аустеніт-ферит.

6. Встановлені і теоретично та експериментально обґрунтовані закономірності впливу вмісту бору на структуру границь зерен, схильність до насичення вуглецем і стійкість проти МКК низьковуглецевої аустенітної хромонікелевої сталі в залежності від температури термічної обробки. Вперше показано, що виділення високохромистих боридів на границях зерен сталі 02Х 17Н 15Р з 0,03...0,06 % В (і, в меншій мірі, з 0,2...0,4 % В), після гартування її від температур вище 1100 С призводить до збіднення хромом приграничних ділянок твердого розчину і до появи схильності до МКК; мікродомішки бору (0,003 %) мають позитивний вплив на стійкість проти МКК зазначеної сталі. Присутність бору в сталі 02Х 17Н 15Р підсилює поверхневе насичення холоднодеформованих труб вуглецем при термічній обробці - внаслідок впливу бору на подрібнення аустенітного зерна, збільшення поверхні міжфазних (боридна евтектика-аустеніт) і міжзеренних границь, а також на карбідоутворення.

7. Показано, що оксидна плівка, одержана на поверхні холоднодеформованих труб з аустенітних хромонікелевих сталей при обробці їх у лужно-селітровому розплаві, має високий кисневий потенціал і сприяє ефективному видаленню при ВТО вуглецю з поверхневих шарів металу.

8. Сформульовані основні вимоги до якості трубної заготовки зі сталі 03Х 18Н 11, які оформлені "Зміною №1 до ТУ 14-1-3183", що обмежує вміст в металі вуглецю не більше 0,025 % (замість 0,03 %) і б-фази не більше балу 1 (замість балу 2) і визначена оптимальна схема підготовки зразків до випробувань, що в комплексі забезпечує високу стійкість проти МКК трубної заготовки і труб та одержання достовірних результатів їх випробувань.

9. На основі аналізу одержаних наукових результатів розроблена і впроваджена у виробництво на ВАТ "НПТЗ" конкурентоспроможна технологія виготовлення гарячедеформованих труб зі сталі 02Х 18Н 11 з високими гарантованими властивостями, відповідно до ТУ 14-3-1339 (відзначена дипломом ВДНГ України). Виготовлені промислові партії теплодеформованих труб зі сталі 03Х 18Н 11 з використанням нових режимів термічної обробки, що забезпечують відсутність поверхневого насичення металу вуглецем і високий рівень механічних і корозійних властивостей. Розроблені і впроваджені вдосконалені режими термічної обробки і новий режим ВТО труб з легованої бором сталі 02Х 17Н 15Р, що забезпечило підвищення їх стійкості проти МКК та експлуатаційної надійності.

10. На основі встановленої ідентичності механізмів МКК і збіжності результатів випробувань сталі 03Х 18Н 11 в сильноокислювальних середовищах за двома методами: ДУ і прискореним - травлення в щавлевій кислоті, метод ТЩК включено до ГОСТ 6032, що дозволяє більш ніж у 1000 разів скоротити тривалість випробувань на МКК.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ ВИКЛАДЕНО В ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Дергач Т.А., Дейнеко Л.Н. Структура и стойкость против межкристаллитной коррозии труб из низкоуглеродистой аустенитной стали // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - № 6. - С. 76-83.

2. Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д., Дейнеко Л.Н. Исследование процессов структурообразования при термической обработке труб из аустенитных коррозионностойких сталей с целью повышения стойкости против межкристаллитной коррозии // Металознавство та термічна обробка металів: Науков. інформ. жур. Придніпровська держ. академія будівництва та архітектури. - 2003. - № 2. - С. 99-109.

3. Дергач Т.О., Сухомлин Г.Д., Дейнеко Л.М. Вплив бору на структуроутворення та опір міжкристалітній корозії аустенітної сталі // Металознавство та обробка металів. Науково-технічний журнал. ФТІМС. Київ. - 2004. - № 2. - С. 54-61.

4. Дергач Т.А., Дейнеко Л.Н., Рабинович А.В. Исследование параметров вакуум-термической обработки труб из аустенитной борсодержащей стали. // Фізико-хімічна механіка матеріалів. Спеціальний випуск. Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів. Львів. - 2004. - С. 162-166.

5. Дергач Т.А. Применение ускоренного метода испытаний на стойкость против МКК низкоуглеродистых коррозионностойких сталей. // Металознавство та термічна обробка металів: Науков. інформ. жур. Придніпровська держ. академія будівництва та архітектури. - 2003. - № 1. - С. 50-61.

6. Дергач Т.А. Исследование склонности к науглероживанию холоднодеформированных труб из низкоуглеродистой аустенитной борсодержащей стали. // Металознавство та термічна обробка металів: Науков. інформ. жур. Придніпровська держ. академія будівництва та архітектури. - 2003. - № 3. - С. 15-24.

7. Дергач Т.А., Карпов Н.А., Северина Л.С., Иванилова Л.И. Разработка технологии и освоение производства горячедеформированных труб из стали 02Х 18Н 11 с гарантированной стойкостью против межкристаллитной коррозии. //Развитие технологий производства труб и трубных изделий. М. - 1988 - С. 36-42.

Додаткові наукові результати відображені в публікаціях:

8. А.с. № 1573037 СССР, МПК С 21 D 9/08. Способ изготовления труб из аустенитных коррозионностойких сталей. / Т.А Дергач, Г.Д. Сухомлин, О.С. Сухаревская, Л.И. Иванилова, Л.С. Северина (УССР). - Заявка № 4482942/23-02. Опубл. 23.06.90, Бюл. № 23.

9. Дергач. Т.А., Сухомлин Г.Д. Влияние бора на структуру и стойкость против межкристаллитной коррозии аустенитной нержавеющей стали // Защита металлов. - 1989. Т. XXV, № 3. - С. 498-502.

10. Пласкеев А.В., Княжева В.М., Дергач. Т.А., Дембровский М.Я. Особенности коррозионного поведения хромоникельмолибденовых сталей в азотной кислоте. // Защита металлов. - 1978. Т. ХIV, № 4. - С. 393-400.

11. Карпов Н.А., Дергач Т.А., Сухомлин Г.Д., Северина Л.С., Сухаревская О.С., Иванилова Л.И. Ускоренное испытание металлопродукции из стали 03Х 18Н 11 на стойкость против межкристаллитной коррозии. // Защита металлов. - 1988. Т. XXІV, № 6. - С. 140-145.

12. Вильямс О.С., Дергач Т.А., Садокова Т.Г., Рабинович А.В. Защита поверхности труб из стали типа Х 18Н 10Т при термической обработке. // Сталь. - 1984, № 3. - С. 65-66.

АНОТАЦІЯ

Дергач Т.О. Вплив термічної обробки на структуру і стійкість проти міжкристалічної корозії труб з низьковуглецевих аустенітних сталей. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.16.01 - "Металознавство та термічна обробка металів". - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2004.

Дисертація спрямована на підвищення корозійної стійкості та експлуатаційної надійності труб з низьковуглецевих аустенітних хромонікелевих сталей, що працюють в особливо агресивних сильноокислювальних середовищах при виробництві азотної кислоти і мінеральних добрив.

Досліджено вплив вуглецю, бору, б-фази, режимів термічної обробки, деформації на структуру, стійкість проти МКК і механічні властивості труб з указаних сталей. Показано, що підвищений вміст б-фази (до 15 %) в трубній заготовці зі сталі 03Х 18Н 11 призводить до структурно-вибіркової корозії і до підвищеної в 3...5 разів швидкості корозії при випробуванні за методом ДУ гарячедеформованих труб. Встановлена верхня межа вмісту вуглецю в сталі 03Х 18Н 11 (не більше 0,025 %) і сформульовані вимоги до вмісту б-фази в трубній заготовці. Розроблені науково обґрунтовані режими термічної обробки гаряче- і теплодеформованих труб, що забезпечують відсутність поверхневого насичення металу вуглецем, високу гарантовану стійкість проти МКК і механічні властивості. Впроваджена на ВАТ "НПТЗ" технологія виробництва гарячедеформованих труб зі сталі 02Х 18Н 11 з високим комплексом властивостей, згідно з ТУ 14-3-1339.

Встановлені закономірності впливу вмісту бору (0,003; 0,03; 0,06; 0,2 і 0,4 %) на структуру, схильність до насичення вуглецем і стійкість проти МКК сталі 02Х 17Н 15 у залежності від температури термічної обробки; розроблені і впроваджені у виробництво вдосконалені режими термічної і вакуумної термічної обробок труб зі сталі 02Х 17Н 15Р (0,2 % В), що підвищують їх стійкість проти МКК.

На основі встановленої ідентичності механізмів МКК і збіжності результатів випробувань сталі 03Х18Н11 за двома методами ДУ і прискореним - травленням в щавлевій кислоті, метод ТЩК включено до ГОСТ 6032.

Ключові слова: труби, низьковуглецеві аустенітні хромонікелеві сталі, мікроструктура, термічна обробка, деформація, вуглець, бор, міжкристалітна корозія, механічні властивості.

АННОТАЦИЯ

Дергач Т.А. Влияние термической обработки на структуру и стойкость против межкристаллитной коррозии труб из низкоуглеродистых аустенитных сталей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.01 "Металловедение и термическая обработка металлов". - Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2004.

Диссертация направлена на повышение коррозионной стойкости и эксплуатационной надежности труб из низкоуглеродистых аустенитных хромоникелевых сталей, работающих в особо агрессивных сильноокислительных средах при производстве азотной кислоты и минеральных удобрений.

В работе выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта по влиянию химического состава, деформации, термической обработки на структуру и стойкость против МКК труб из указанных сталей. Исследовано влияние углерода, бора, б-фазы, режимов термической обработки, деформации на структуру, стойкость против МКК (при испытании методами ДУ, АМ, ГОСТ 6032 и электрохимическими) и механические свойства труб. Впервые показано, что повышенное содержание б-фазы (до 15 %) в трубной заготовке из стали 03Х 18Н 11 приводит к структурно-избирательной коррозии и к повышенной в 3…5 раз скорости коррозии при испытании по методу ДУ в горячедеформированных трубах. Установлено максимально допустимое содержание углерода в стали 03Х18Н11 (не более 0,025 %), обеспечивающее высокую гарантированную стойкость против МКК при испытании по методу ДУ (скорость коррозии не более 0,5 мм/год) и сформулированы основные требования к качеству трубной заготовки, ограничивающие содержание в металле углерода и б-фазы. Разработаны научно обоснованные режимы термической обработки горяче- и теплодеформированных труб, обеспечивающие отсутствие поверхностного науглероживания металла, высокую гарантированную стойкость против МКК и уровень механических свойств в соответствии с требованиями ТУ; определена оптимальная схема подготовки образцов, обеспечивающая получение достоверных результатов испытаний на МКК. Разработана и внедрена на ОАО "НПТЗ" технология изготовления горячедеформированных труб из стали 02Х 18Н 11 с высоким гарантированным комплексом свойств, в соответствии с ТУ 14-3-1339.

Установлены закономерности влияния содержания бора (0,003; 0,03; 0,06; 0,2 и 0,4 %) на структуру, склонность к науглероживанию и стойкость против МКК низкоуглеродистой аустенитной хромоникелевой стали в зависимости от температуры термической обработки; разработаны и внедрены усовершенствованные режимы термической и вакуумной термической обработок труб из стали 02Х 17Н 15Р (0,2 % В), повышающие их стойкость против МКК и надежность в эксплуатации.

На основании установленной идентичности механизмов МКК и сходимости результатов испытаний стали 03Х 18Н 11 двумя методами: ДУ и ускоренным (травлением в щавелевой кислоте), метод ТЩК включен в ГОСТ 6032.

Ключевые слова: трубы, низкоуглеродистые аустенитные хромоникелевые стали, микроструктура, термическая обработка, деформация, углерод, бор, межкристаллитная коррозия, механические свойства.

SUMMARY

Dergach T.А. Heat treatment impact upon the structure and intergranular corrosion resistance in the tubes made of low carbon austenitic steels. - Manuscript. Thesis for the competition of candidate degree (technical sciences) by specialty 05.16.01 "Physical metallurgy and heat treatment of metals". - National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2004.

The Dissertation is aimed at the improvement in the corrosion resistance and in-operation reliability of the tubes made of low carbon austenitic Cr-Ni steels and working in highly aggressive media of nitric acid and fertilizer production and the tubes made of a boron steel.

This work investigated effect of carbon, boron, б-phase, heat treatment regimes and deformation upon the structure, resistance to intergranular corrosion (IGC) and mechanical properties of the tubes made of abovementioned stees. It has been shown that an increased content of б-phase (to 15 %) in he tube billets of 03Х 18Н 11 steel results in a structure-selective corrosion and a 3 to 5 times higher corrosion rate in testing hot rolled tubes made of this steel by the "ДУ" testing method (Standard 6032).

An upper limit of the carbon content in 03Х 18Н 11 steel has been determined and basic requirements to the tube billet quality limiting the carbon content (not higher than 0,025 %) and б-phase content were formulated. Scientifically substantiated regimes of heat treatment of hot and warm rolled tubes were developed to ensure freedom from a surface carbonization of the tube metal, high and guaranteed resistance to IGC (corrosion rate less 0,5 mm/year) and high mechanical properties. The technology of making hot rolled 02Х 18Н 11 steel tubes featuring a high complex of properties in the correspondence with the specification TU 14-3-1339 has been introduced at "NPTZ" JSC, Ukraine.

Patterns of boron effect (0,003; 0,03; 0,06; 0,2 and 0,4 %) upon the structure, tendency to carbonization and resistance to IGC in 02Х 17Н 15 steel depending on the heat treatment temperature have been established and improved regimes of thermal and vacuum thermal treatment of 02X17H15P (0,2 % B) steel tubes increasing their resistance to IGC have been developed and introduced into production.

Basing on the established identity of the IGC mechanisms and agreement of the results obtained in the investigation of 03X18H11 steel using "ДУ" methods and rapid methods pickling in oxalic acid, rapid method was inclusion into Standard 6032.

Key words: tubes, low carbon austenitic Cr-Ni steels, microstructure, heat treatment, deformation, carbon, boron, intergranular corrosion, mechanical properties.

Размещено на Allbest.ru