6
PRAKSA PRACTICE ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226 221 S. Štrbački, Ž. Štrbački OCENA MIKROSTRUKTURNOG STANJA ELEMENATA REAKTORSKE PEĆI OD INCOLOY 800H MICROSTRUCTURE EVALUATION OF INCOLOY 800H ON PARTS OF THE HYDROGEN REACTOR Stručni rad / Professional paper UDK/UDC: 620.183.4:669.15’24’26-192 Rad primljen / Paper received: 10.11.2002. Adresa autora / Author's addres Svetlana Štrbački, dipl.ing., Živko Štrbački, dipl.ing. KonMat d.o.o. Milana Rakića 35, 11000 Beograd [email protected] Ključne reči: mikrostruktura, metoda otiska, starenje, korozija, prsline Keywords: Microstructure, Replica techniques, Ageing, Corrosion, Cracking Izvod U radu su prikazana ispitivanja mikrostrukturnog stanja materijala Incoloy 800H metodom uzimanja otisaka mikrostrukture na T fazonskim delovima reaktorske peći. Cilj ispitivanja je utvrđivanje radne sposobnosti delova i ocena mogućnosti za dalju eksploataciju i revitalizaciju. Ukazano je na mogućnosti primenjene metode za ocenu i preporuke za dodatna ispitivanja. Abstract The paper presents microstructure examination of alloy Incoloy 800H by using replica techniques on T section parts of hydrogen reactor. The aim of examination was the assessment of service performance of examinated parts and evaluation the reliability for future exploitation or possibility for reconditioning. Possibilities of applied examination method for evaluation and recommendation of additional testing was noted. UVOD Predmet mikrostrukturnih ispitivanja su površine T fazonskih delova reformera za proizvodnju vodonika kod kojih je u eksploataciji došlo do oštećenja tipa prslina i deformacije. Delovi su izrađeni od Fe-Ni-Cr legure Incoloy 800H, nominalnog hemijskog sastava prema tabeli 1. Legure ovoga tipa su čvrsti rastvor Ni i Cr u železu, što im obezbeđuje korozionu otpornost na visokim temperaturama, a dodatno legiranje sa Al i Ti obezbeđuje izvesno povećanje čvrstoće preko procesa ojačavanja taloženjem [1]. Sa Al i Ti nikl stvara intermetalne faze Ni 3 Al, Ni 3 Ti koje se u procesu ojačavanja talože u matrici. Kao rezultat toga raste čvrstoća, a posebno napon tečenja 0.2 % na sobnoj i na visokim temperaturama. Glavna prednost ojačavanja taloženjem je povećanje prelomne čvrstoće usled puzanja pri visokim temperaturama iznad 650 °C [1]. Legiranost Incoloy 800H sa Al i Ti nije u količini koja je prisutna kod tipičnih legura za ojačavanje taloženjem, ali je izvestan stepen ojačavanja svakako predviđen. Nominalno, legura incoloy 800H je predviđena za radne temperature do 1100 °C, a projektovana radna temperatura ispitivanih T fazonskih delova je 790-810 °C. Tabela 1. Hemijski sastav legure Incoloy 800H (maseni %) C Cr Ni Al Cu (max) Ti Mn S (max) Si (max) Fe 0.06 - 0.1 19.0 - 23.0 30 - 35 0.15 - 0.60 0.75 0.15 - 0.60 1.5 0.015 1.0 ostalo Prisustvo sumpora u proizvodu izloženom visokim temperaturama ima negativan uticaj na legure sa visokim sadržajem Ni. Sumpor i nikl stvaraju na 645 °C nikl-sulfidni eutektikum. Rastvorljivost sumpora u niklu u čvrstom stanju je oko 0.005 %; pri većem sadržaju sumpora javlja se talog Ni 3 S 2 . U atmosferi bogatoj sumporom eutektik se stvara na temperaturama između 400 i 800 °C. On migrira iz površine u materijal po granicama zrna i uz zatezne napone stvara prsline [1]. Mikrostruktura legure Incoloy 800H treba da se sastoji od čistog austenita, sa tipičnim dvojnicima i sa malo izdvojenih karbida, uglavnom po granicama zrna (sl. 1) [2]. Ovakva mikrostruktura se dobija rastvarajućim žarenjem na 1100-1150 °C i naglim hlađenjem - “kaljenjem”. Rastvarajućim žarenjem se rastvaraju svi karbidi i ostale čestice, a “kaljenjem” se takvo stanje “fiksira” do sobne temperature. Na taj način se dobija austenit presićen ugljenikom, a legirajući elementi su ravnomerno raspoređeni u metalnoj osnovi. Tvrdoća

OCENA MIKROSTRUKTURNOG STANJA …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/0354...PRAKSA PRACTICE ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226 221 S. Štrbački,

  • Upload
    others

  • View
    6

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: OCENA MIKROSTRUKTURNOG STANJA …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/0354...PRAKSA PRACTICE ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226 221 S. Štrbački,

PRAKSA PRACTICE

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226 221

S. Štrbački, Ž. Štrbački

OCENA MIKROSTRUKTURNOG STANJA ELEMENATA REAKTORSKE PEĆI OD INCOLOY 800H

MICROSTRUCTURE EVALUATION OF INCOLOY 800H ON PARTS OF THE HYDROGEN REACTOR

Stručni rad / Professional paper UDK/UDC: 620.183.4:669.15’24’26-192 Rad primljen / Paper received: 10.11.2002.

Adresa autora / Author's addres Svetlana Štrbački, dipl.ing., Živko Štrbački, dipl.ing. KonMat d.o.o. Milana Rakića 35, 11000 Beograd [email protected]

Ključne reči:

mikrostruktura, metoda otiska, starenje, korozija, prsline

Keywords:

Microstructure, Replica techniques, Ageing, Corrosion, Cracking

Izvod U radu su prikazana ispitivanja mikrostrukturnog stanja materijala Incoloy 800H metodom uzimanja otisaka mikrostrukture na T fazonskim delovima reaktorske peći. Cilj ispitivanja je utvrđivanje radne sposobnosti delova i ocena mogućnosti za dalju eksploataciju i revitalizaciju. Ukazano je na mogućnosti primenjene metode za ocenu i preporuke za dodatna ispitivanja.

Abstract The paper presents microstructure examination of alloy Incoloy 800H by using replica techniques on T section parts of hydrogen reactor. The aim of examination was the assessment of service performance of examinated parts and evaluation the reliability for future exploitation or possibility for reconditioning. Possibilities of applied examination method for evaluation and recommendation of additional testing was noted.

UVOD Predmet mikrostrukturnih ispitivanja su površine T fazonskih delova reformera za proizvodnju vodonika kod kojih je u eksploataciji došlo do oštećenja tipa prslina i deformacije. Delovi su izrađeni od Fe-Ni-Cr legure Incoloy 800H, nominalnog hemijskog sastava prema tabeli 1. Legure ovoga tipa su čvrsti rastvor Ni i Cr u železu, što im obezbeđuje korozionu otpornost na visokim temperaturama, a dodatno legiranje sa Al i Ti obezbeđuje izvesno povećanje čvrstoće preko procesa ojačavanja taloženjem [1]. Sa Al i Ti nikl stvara intermetalne faze Ni3Al, Ni3Ti koje se u procesu ojačavanja talože u matrici. Kao rezultat toga raste

čvrstoća, a posebno napon tečenja 0.2 % na sobnoj i na visokim temperaturama. Glavna prednost ojačavanja taloženjem je povećanje prelomne čvrstoće usled puzanja pri visokim temperaturama iznad 650 °C [1]. Legiranost Incoloy 800H sa Al i Ti nije u količini koja je prisutna kod tipičnih legura za ojačavanje taloženjem, ali je izvestan stepen ojačavanja svakako predviđen.

Nominalno, legura incoloy 800H je predviđena za radne temperature do 1100 °C, a projektovana radna temperatura ispitivanih T fazonskih delova je 790-810 °C.

Tabela 1. Hemijski sastav legure Incoloy 800H (maseni %)

C Cr Ni Al Cu (max) Ti Mn S (max) Si (max) Fe 0.06 - 0.1 19.0 - 23.0 30 - 35 0.15 - 0.60 0.75 0.15 - 0.60 1.5 0.015 1.0 ostalo

Prisustvo sumpora u proizvodu izloženom visokim temperaturama ima negativan uticaj na legure sa visokim sadržajem Ni. Sumpor i nikl stvaraju na 645 °C nikl-sulfidni eutektikum. Rastvorljivost sumpora u niklu u čvrstom stanju je oko 0.005 %; pri većem sadržaju sumpora javlja se talog Ni3S2. U atmosferi bogatoj sumporom eutektik se stvara na temperaturama između 400 i 800 °C. On migrira iz površine u materijal po granicama zrna i uz zatezne napone stvara prsline [1].

Mikrostruktura legure Incoloy 800H treba da se sastoji od čistog austenita, sa tipičnim dvojnicima i sa malo izdvojenih karbida, uglavnom po granicama zrna (sl. 1) [2]. Ovakva mikrostruktura se dobija rastvarajućim žarenjem na 1100-1150 °C i naglim hlađenjem - “kaljenjem”. Rastvarajućim žarenjem se rastvaraju svi karbidi i ostale čestice, a “kaljenjem” se takvo stanje “fiksira” do sobne temperature. Na taj način se dobija austenit presićen ugljenikom, a legirajući elementi su ravnomerno raspoređeni u metalnoj osnovi. Tvrdoća

Page 2: OCENA MIKROSTRUKTURNOG STANJA …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/0354...PRAKSA PRACTICE ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226 221 S. Štrbački,

PRACTICE PRAKSA

222 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226

ovako termički obrađenog materijala treba da iznosi ispod 192 HB. S obzirom na relativno visok sadržaj ugljenika u leguri Incoloy 800H, već u toku prvih dana eksploatacije na povišenim temperaturama (600-900 °C), dolazi do mestimičnog izdvajanja karbida po granicama zrna. Ova pojava se može registrovati svetlosnim mikroskopom. Posle određenog vremena inkubacije dolazi i do izdvajanja submikroskopskih čestica karbida i intermetalnih faza Ni3Al, Ni3Ti, koje povećavaju tvrdoću legure, odnosno dolazi do taložnog ojačavanja ili “starenja” legure. Vreme inkubacije, kao i vreme postizanja maksimalne tvrdoće, zavisi od temperature eksploatacije i količine elemenata u leguri koji stvaraju intermetalne faze. S obzirom na izuzetno malu veličinu izdvojenih čestica, iste bitno ne utiču na promenu hemijskog sastava metalne osnove. Ova legura je dizajnirana tako da u izvesnom stepenu otvrdnjava u toku rada pri normalnim uslovima eksploatacije.

Slika 1. Mikrostruktura legure Incoloy 800H [2]

Pojava izdvajanja submikroskopskih čestica ne može se uočiti svetlosnim mikroskopom ni pod najvećim povećanjima koja on daje (2000x), čak i na metalografskom uzorku, a na replici je to praktično nemoguće. Za tačnu i brzu identifikaciju većine izdvojenih karbida potrebna je mikroanaliza uzorka na skanirajućem elektronskom mikroskopu, a identifikacija submikroskopskih čestica se vrši na transmisionom elektronskom mikroskopu. Sposobnost zavarivanja legura sa sadržajem Ni 30-40 % je umanjena. Takve legure sa potpuno austenitnom strukturom osetljive su na tople prsline u metalu šava i ZUT. Legure koje ojačavaju starenjem su vrlo ograničene zavarivosti. Ako treba primeniti zavarivanje to mora da se izvede u uslovima mekog žarenja. Treba uzeti u obzir da u ZUT može da nastane delimično starenje usled čega u višeslojnim šavovima mogu da nastanu prsline, ukoliko između nanošenja slojeva nije primenjeno meko žarenje [1]. Ukoliko dođe do poremećaja uslova eksploatacije, uglavnom zbog povećane temperature, nastaje prekomerno izdvajanje krupnih karbida i po granicama zrna i unutar samih zrna, a koji su vidljivi svetlosnim

mikroskopom. Ovakvo izdvajanje karbida dovodi do neželjenih efekata od kojih su najvažniji:

Legura ne otvrdnjava, nego omekšava, odnosno “prestareva”. Zbog velike količine izdvojenih karbida na bazi Cr, dolazi do osiromašenja metalne osnove sa Cr, što znatno smanjuje otpornost na puzanje i korozionu postojanost legure na radnim temperaturama. Količina izdvojenih karbida zavisi od veličine zrna materijala i manja je ukoliko je materijal krupnijeg zrna, pa se zbog toga kod legure 800H namerno izaziva povećano zrno [2].

Pored temperature, na ovakvo i ovoliko izdvajanje karbida može uticati i pojava naugljeničenja materijala, odnosno obogaćivanje površine ugljenikom koji nastaje u medijumu u toku procesa, ukoliko su narušeni termodinamički uslovi za stvaranje kompaktne oksidne kore Cr na površini radnog dela. Termodinamički uslovi mogu biti narušeni ako na površini ima izdvojenog slobodnog ugljenika i ako je aktivnost CO, u smeši fluida koji protiču kroz radni deo, jako velika (sl. 2).

METODA ISPITIVANJA Metalografska ispitivanja na T fazonskim delovima su izvršena metodom bez razaranja - uzimanjem otiska mikrostrukture - replika. Odabrane pozicije za uzimanje replika su najpre mehanički grubo i fino brušene brusnim papirima, a zatim grubo i fino polirane dijamantskim pastama. Razvijanje mikrostrukture polirane površine je najpre pokušano hemijskim nagrizanjem glicerinskim rastvorom “carske vode” (koncentrovana azotna i koncentrovana hlorovodonična kiselina u odnosu 1:3), zatim istim rastvorom sa dodatkom fluorovodonične kiseline, ali mikrostruktura se nije mogla razviti. Konačno, razvijanje mikrostrukture je postignuto nagrizanjem reagensom sledećeg sastava: 30 ml koncentrovane azotne kiseline, 40 ml koncentrovane hlorovodonične kiseline, 10 ml glicerina i 20 ml glacijalne sirćetne kiseline. Zbog pozicija uzimanja replika, na ugrađenim T fazonskim delovima nagrizanje nije bilo moguće vršiti nalivanjem reagensa, već utrljavanjem. Zbog hemijske prirode materijala, načina nagrizanja i relativno niske spoljašnje temperature, nagrizanje je trajalo 45 minuta. Kod ispitivanja novog, neugrađenog, T fazonskog dela (ispitivanje polaznog strukturnog stanja isporuke) mesto ispitivanja je bilo pristupačnije pa se nagrizanje izvodilo nalivanjem reagensa u trajanju od 3 minuta, što je izazvalo blagu “pregriženost” mikrostrukture. Otisci mikrostrukture materijala su analizirani na metalografskom mikroskopu “JENAVERT” pri povećanjima 80x, 100x, 200x i 500x, a reprezentativne mikrofotografije su snimane, uglavnom pri povećanjima od 200x i 500x. Radi jasnijeg uočavanja izdvojenih čestica korišćena je i tehnika tamnog polja. Tvrdoća na mestima uzimanja replika je izmerena prenosnim uređajem za merenje tvrdoće “EQOTYP”.

Page 3: OCENA MIKROSTRUKTURNOG STANJA …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/0354...PRAKSA PRACTICE ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226 221 S. Štrbački,

PRAKSA PRACTICE

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226 223

a) delimično naugljeničenje b) potpuno naugljeničenje

Slika 2. Primeri naugljeničenja legure Incoloy 800H u smeši metana i vodonika [2]

POZICIJE ISPITIVANJA Radi utvrđivanja mikrostrukture polaznog stanja, jedna replika (R0) je uzeta sa novog T fazonskog dela koji nije bio u eksploataciji. Sa T fazonskog dela koji je u eksploataciji pretrpeo veća oštećenja i deformacije uzete su replike R1-R4 i to:

R1 - replika sa mesta gde se drugim metodama nisu detektovale prsline; R2 - replika iz sredine deformisane (“nabubrene”) zone, gde se i vizuelno uočavalo prisustvo relativno velikih prslina. Deformisana zona se nalazi u sredini donje površine T fazonskog dela; R3 - replika iz zone koja nije bila deformisana, ali se vizuelno uočavalo prisustvo sitnijih prslina; R4 - replika sa zavarenog spoja na izlazu iz T fazonskog dela u reducir. Replika je pozicionirana tako da je obuhvatila deo metala šava i deo osnovnog metala reducira.

Prikaz pozicija uzimanja replika sa T fazonskog dela sa većim oštećenjem i deformacijom dat je na slici 3.

Slika 3. Pozicije uzimanja replika R1-R4 sa T fazonskog

dela sa većm oštećenjem i deformacijom

Sa T fazonskog dela na kome su konstatovana manja oštećenja, uzete su replike R5-R8 i to:

R5 - replika sa mesta gde drugim metodama nisu detektovane prsline; R6 - replika iz središne oblasti donje površine dela, gde je konstatovano prisustvo manjih prsina; R7 - replika sa zavarenog spoja na izlazu iz T dela u reducir. Replika je pozicionirana tako da je obuhvatila deo metala šava i deo osnovnog metala reducira; R8 - replika sa zavarenog spoja reparature, na izlazu iz T dela u reducir. Replika je pozicionirana tako da je obuhvatila reparaturni zavareni spoj - deo metala šava i deo osnovnog metala reducira.

REZULTATI ISPITIVANJA Metalografska analiza replike R0 Analizom replike R0 konstatovana je očekivana austenitna mikrostruktura, relativno krupnog zrna, sa dvojnicima. Takođe je uočeno manje izdvajanje karbida po granicama zrna i veoma malo unutar samih zrna. Reprezentativna mikrofotografija sa ove replike data je na slici 4.

Slika 4. Mikrostruktura replike R0 200x

Page 4: OCENA MIKROSTRUKTURNOG STANJA …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/0354...PRAKSA PRACTICE ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226 221 S. Štrbački,

PRACTICE PRAKSA

224 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226

Uočeno manje izdvajanje karbida najverovatnije je posledica masivnosti fazonskog dela, tako da se, prilikom “kaljenja”, nakon rastvarajućeg žarenja, nije postigla dovoljna brzina hlađenja koja bi u potpunosti onemogućila izdvajanje karbida. Tvrdoća izmerena na poziciji replike R0 iznosi 188 HB. Mikrostrukturno stanje, kao i tvrdoća ukazuju da T fazonski deo u stanju isporuke zadovoljava tražene karakteristike, a sa aspekta primenjenih metoda ispitivanja.

Metalografska analiza replike R1-R4 Analizom replike R1 uočeno je da je došlo do značajnog izdvajanja krupnih karbida, i to kako po granicama zrna tako i unutar zrna. Takođe je konstatovana nehomogenost u pogledu veličine zrna. Činjenica da se izdvojeni karbidi mogu videti svetlosnim mikroskopom i pri srednjim povećanjima (do 500x) ukazuje da su karbidi veoma krupni. Granice zrna su u potpunosti popunjene lancima karbida, što znatno slabi otpornost na puzanje i koroziju materijala. Prisustvo mikroprslina na ovoj replici nije uočeno (sl. 5).

a) svetlo polje 200x

b) tamno polje 500x

Slika 5. Mikrostruktura replike R1

Analizom replike R2 (mesta najvećeg oštećenja i plastične deformacije) konstatovane su iste pojave u mikrostrukturi kao na R1, ali znatno drastičnije izražene. Izdvajanje karbida u metalnoj osnovi je izuzetno veliko (sl. 6), a zrno je znatno grublje. Ovo ukazuje da je na ovom mestu došlo do lokalnog

pregrevanja materijala na temperaturama znatno višim od radnih, jer do porasta metalnog zrna može doći samo ako su granice zrna koja se stapaju čiste, odnosno ako su karbidi po pojedinim granicama rastvoreni. Većina prslina je popunjena produktima korozije.

a) 80x

b) 200x

Slika 6. Makro- i mikrostruktura replike R2

Na poziciji replike R3, (mesto sa prslinama, ali bez plastične deformacije) konstatovano je mikrostrukturno stanje slično kao na R1 i to na delu sa krupnijim zrnom, ali sa znatno većim izdvajanjem krupnijih karbida. Prisutno je mnoštvo prslina koje se kreću duž granica zrna.

Mikrostrukturno stanje replike R4 osnovnog metala reducira takođe karakteriše značajno izdvajanje karbida, kako po granicama zrna tako i unutar zrna. Prisutno je mnoštvo prslina kako u osnovnom metalu tako i u metalu šava (sl. 7a). Ogrubljavanje zrna u osnovnom metalu konstatovano je uz liniju stapanja tj. u ZUT, sa prslinom upravo u toj zoni (sl. 7b).

Page 5: OCENA MIKROSTRUKTURNOG STANJA …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/0354...PRAKSA PRACTICE ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226 221 S. Štrbački,

PRAKSA PRACTICE

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226 225

a) metal šava 200x

b) ZUT - linija stapanja 200x

Slika 7. Mikrostruktura replike R4

Prsline u metalu šava i ZUT ne mogu se pripisati nedovoljnoj pažnji kod zavarivanja, jer je prisutno i ozbiljno narušavanje strukturnog stanja osnovnog materijala. Grublja zrna u ZUT u odnosu na osnovni materijal svakako su posledica unosa toplote usled zavarivanja, ali nije odlučujući faktor za sveukupna oštećenja. Tvrdoće izmerene na ispitivanim pozicijama su 102- 112 HB. Ovo takođe ukazuje da je došlo do ozbiljnog narušavanja stanja materijala i da je njegova dalja eksploatacija problematična. Nađeno mikrostrukturno stanje ovog fazonskog dela nije zadovoljavajuće za dalju eksploataciju zbog prisutnih prslina i prodora korozije po dubini, što ukazuje da je došlo do osiromašenja metalne osnove hromom usled njegovog vezivanja za ugljenik i izdvajanja u obliku karbida. Metalografska analiza replike R5-R8 Pregledom replike R5 ustanovljeno je da nema prslina, ali je mikrostrukturno stanje kao na R1 - krupno zrno sa značajnim izdvajanjem karbida po granicama i unutar zrna. Mikrostrukturno stanje pozicije replike R6 je još lošije nego na poziciji replike R5. Uočava se stapanje i ogrubljavanje pojedinih zrna sa značajnim izdvajanjem karbida koji su mnogo krupniji nego na replici R5. Prsline se prostiru isključivo po granicama zrna i ispunjene su produktima korozije. Izmerena tvrdoća na poziciji replike R5 iznosi 112 HB, a na poziciji replike R6 - 105 HB. Mikrostruktura replike R7 osnovnog metala reducira je loša, posebno u ZUT uz liniju stapanja. Prisutne prsline su velike, grube i popunjene produktima korozije. Prsline su konstatovane i u metalu šava. Replika R8 je obuhvatila deo metala šava reparature i deo osnovnog metala reducira. Osnovni metal je veoma krupnog zrna sa mnoštvom izdvojenih karbida. Oko linije stapanja i u metalu šava nisu registrovane mikroprsline. Međutim, u osnovnom metalu, dalje od linije stapanja, prisutno je mnoštvo interkristalnih prslina.

I kod ovog T fazonskog dela nađeno mikrostrukturno stanje ne zadovoljava za dalju normalnu eksploataciju, ali pod određenim uslovima se može izvršiti reparatura i regeneracija, jer je prisutno manje prslina i bez primetne je plastične deformacije.

ZAKLJUČCI I PREPORUKE Na osnovu metalografske analize uzetih otisaka mikrostrukture - replika može se konstatovati: 1. Mikrostrukturno stanje kao i tvrdoća novog T

fazonskog dela zadovoljava tražene karakteristika za date radne uslove.

2. Na ispitivanim fazonskim delovima u eksploataciji je došlo do velikog izdvajanja krupnih karbida, kako po granicama zrna tako i unutar zrna. Ovakvo izdvajanje karbida je nedopustivo u normalnim uslovima eksploatacije i posledica je znatnog prekoračenja radne temperature. S obzirom da je ova legura predviđena za rad i do 1100 °C, može se pretpostaviti da su radni uslovi povremeno prelazili ovu temperaturu.

3. Ovakvo izdvajanje karbida uticalo je na smanjenje sadržaja legirajućih elemenata u metalnoj osnovi. Osim toga, karbidi se izdvajaju i na račun submikroskopskih čestica u uvoj leguri koje praktično i definišu njene mehaničke osobine kao i ponašanje u uslovima eksploatacije. Drugim rečima, došlo je do “prestarevanja” materijala što je potvrđeno i drastičnim smanjenjem tvrdoće T fazonskih delova koji su u ekploataciji - 102-112 HB, u odnosu na tvrdoću novog dela- 188 HB.

4. Sve to je rezultiralo pogoršanjem eksploatacionih karakteristika materijala, otpornosti na puzanje, vatrootpornosti i korozione postojanosti, što je dovelo do pojave prslina u donjoj, centralnoj zoni oba fazonska dela. Prsline se prostiru po granicama zrna i u većim je evidentno prisustvo korozionih produkata. Pored prislina, na delu sa većim oštećenjima u centralnoj donjoj zoni, došlo je i do plastične deformacije (bubrenja).

5. Pored temperature, na ovakvo i ovoliko izdvajanje karbida može uticati i pojava naugljeničenja materijala na kontaktnoj površini dela i medijuma, odnosno obogaćivanje ugljenikom koji nastaje u

Page 6: OCENA MIKROSTRUKTURNOG STANJA …scindeks-clanci.ceon.rs/data/pdf/0354-7965/2002/0354...PRAKSA PRACTICE ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226 221 S. Štrbački,

PRACTICE PRAKSA

226 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (4/2002), str. 221-226

radnom medijumu u toku procesa, ukoliko su narušeni termodinamički uslovi za stvaranje kompaktne oksidne kore hroma. Termodinamički uslovi mogu biti narušeni ako na kontaktnoj površini dela i medijuma ima izdvojenog slobodnog ugljenika i ako je aktivnost CO u smeši fluida jako velika. Klasičnim metalografskim pregledom ovo je moguće samo pretpostaviti, ali ne i sa sigurnošću utvrditi. Tačnije podatke bi dala kvantitativna metalografska analiza, a najtačnije, samo hemijska analiza ugljenika u pripovršinskom sloju dela.

Preporuke za dodatna ispitivanja Dodatnim ispitivanjima utvrdilo bi se da li je samo temperatura bila uzrok brzog propadanja komada ili su u pitanju i drugi tehnološki faktori. Ukoliko je samo temperatura uzrok propadanja, dodatna ispitivanja bi pokazala da li i kako se stari delovi mogu reparirati i vratiti u eksploataciju. Preporučuju se sledeća dodatna ispitivanja na uzorku isečenom iz dela sa većim oštećenjima:

a) Određivanje sadržaja ugljenika i sumpora u cilju utvrđivanja da li je, zbog tehnoloških faktora, došlo do nauglječenja i nasumporavanja dela. Ukoliko se utvrdi povećan sadržaj ugljenika i sumpora (iznad dozoljenih granica za Incoloy 800H) oba fazonska dela treba odbaciti.

b) U slučaju da hemijska analiza pokaže da su ova dva elementa u dozvoljenim granicama, izvršiti metalografsku analizu na svetlosnom i skanirajućem elektronskom mikroskopu, u cilju utvrđivanja mikrostrukturnog stanja po dubini i identifikacije izdvojenih karbida, a zbog utvrđivanja režima termičke obrade probnog uzorka.

c) Izvršiti termičku obradu - rastvarajuće žarenje i “kaljenje” u cilju utvrđivanja da li je moguće stari fazonski deo koji ima manja oštećenja dovesti do mikrostrukturnog stanja za eksploataciju.

d) Na termički obrađenom uzorku ili uzorcima izvršiti mikrostrukturna ispitivanja i merenje tvrdoće u cilju verifikovanja pogodnosti za ponovnu eksploataciju.

e) Ako se ovim ispitivanjima utvrdi da je uzorak doveden u zadovoljavajuće strukturno stanje, odrediti tehnologiju reparature zavarivanjem i kontrole repariranog T fazonskog dela.

Autori se posebno zahvaljuju g-đi Mirjani Smiljanić, dipl.ing. na inicijativi i podršci za izradu ovoga rada.

LITERATURA

[1] Seminar “Savremeni materijali - Nikl i niklove legure”, juni 2002., DUZS i Zavod za zavarivanje, Beograd (skripta)

[2] “Alloy 800” - Proceding of the Petten International conference, Petten, The Netherlands, March 14th-16th, 1978.

KonMat d.o.o. raspolaž e stru njacima i opremom za IBR metodama:č

KonMat je angaž ovan na zna ajnim objekatima energetske i čprocesne industrije me u kojima izdvajamo: TE “Nikola Tesla A”, TE đ“Nikola Tesla B”, TE “Morava”, Rafinerija nafte “Pan evo”, “Beo nska č čifabrika cementa”, Rafinerija nafte “Srpski Brod”, “Tehnogas”, “UTVA - Vozila”, “GOŠA”, “MIN”, DD “HIP Petroremont“,...

- vizuelna; - magnetnim esticama;č - radiografija;

- površinska metalografija metodom uzimanja otiska mikrostrukture - replike.

Pored površinske, radimo i metalografiju na uzorcima i makro/mikro ispitivanje zavarenih spojeva u cilju kvalifikacije tehnologije zavarivanja.

- te nim penetrantima;č- ultrazvukom;- ispitivanje izolacije cevovoda;

- ultrazvu no merenje debljine zida;č- merenje tvrdo e materijala prenosnim ure ajem;ć đ- kontrola nepropusnosti vakuumskom metodom;- spektroskopska semikvantitativna hemijska analiza;

Svi rezultati ispitivanja kao i Izveštaji o ispitivanjima, sa foto-grafijama, mikrografijama, skicama i sl., kompjuterski se obra uju i, đposle predaje Izveštaja, trajno arhiviraju na kompakt diskovima. Pored pisanih Izveštaja i Elaborata o ispitivanjima i kontroli, na poseban zahtev Investitora, svi zapisi mogu biti dostavljeni i na CD-u.

Mikrografija prsline na radijusu T- fazonskog komada parovodaMe upregrejane pare - replika, 200xđ

Mikrografija prslina na austenitnoj kapi rotora generatora,replika, 200x

Mikrografija prsline na livenom eli nom prstenu mase 120t,č čreplika, 200x

11000 Beograd, e-mail: konmat sezampro.yu

Milana Rakića 35tel/fax: (011) 413-455

mob: (063) 84-97-543 i 85-99-884@