Wytrzymałość na pełzanie stali SUPER 304H

Autorzy: dr inż. Robert Wersta , prof. dr hab. inż. Adam Zieliński
Data publikacji: 03.04.2023 r. Numer wydania: Stal 3-4/2023

pełzanie pełzanie stali pomiary próby pełzania stale austenityczne wytrzymałość stali

Trwałość

Oszacowaną poprzez ekstrapolację trwałość w zakresie temperatury 600-640°C odpowiadającej przewidywanej eksploatacyjnej przy naprężeniu 150 i 180 MPa zestawiono w tab. 2.

STAL_3-4_23_Robert_Wersta_Adam_Zielinski_STAL_SUPER_304H_TAB_2 — Tab. 2. Trwałość w wyniku pełzania stali Super 304H w temperaturze i przy naprężeniu odpowiadającym przewidywanym eksploatacyjnym oszacowana na podstawie skróconych prób pełzania

Temperatury

Wykorzystując sporządzone charakterystyki skróconych prób pełzania, wyznaczono wartości temperatury dla wymaganych czasów do zerwania wynoszących 10 000, 30 000, 100 000 a także 200 000 godzin przy naprężeniu 150 i 180 MPa odpowiadającym eksploatacyjnemu. Uzyskane wyniki zestawiono w tab. 3.

STAL_3-4_23_Robert_Wersta_Adam_Zielinski_STAL_SUPER_304H_TAB_3 — Tab. 3. Prognozowana temperatura dla czasu do zerwania stali Super 304H odpowiadającego 10 000, 30 000, 100 000 i 200 000 godzin przy naprężeniu 150 i 180 MPa

Próby pełzania

Badania pełzania z pomiarem wydłużenia prowadzono na materiale w stanie dostawy jak również po starzeniu przy temperaturze 650 i 700°C w czasie do 30 000 godzin.

Próby wykonano na próbkach standardowych o stosunku l₀/d₀ = 10, długości pomiarowej l₀ = 50 mm a także średnicy pomiarowej próbki d₀ = 5 mm, pobranych wzdłuż osi rury. Przyjęto stałą temperaturę próby 700°C, natomiast zastosowane obciążenie mieściło się w zakresie 100-150 MPa. Wyniki badań przedstawiono na rys. 3 i 4.

pełzanie stali — Rys. 3. Porównanie wyników prób pełzania z pomiarem wydłużenia w czasie próby w postaci krzywych pełzania ε = f(t) dla różnych wartości naprężenia badania σb w stałej temperaturze badania Tb = 700°C stali Super 304H ; rys: autorzy

Sporządzone charakterystyki pełzania ε = f(t) przy temperaturze 700°C (rys. 3.) pozwoliły na wyznaczenie liczby godzin trwania drugiego okresu pełzania t_II a także ułamka trwałości określającego udział drugiego okresu pełzania w całkowitym czasie próby do zerwania t_II/t_r realizowanej przy naprężeniach 100, 120 i 150 MPa, co zestawiono w tab. 4.

STAL_3-4_23_Robert_Wersta_Adam_Zielinski_STAL_SUPER_304H_TAB_4 — Tab. 4. Czas do końca drugiego okresu pełzania tII, czas do zerwania tr oraz udział drugiego okresu pełzania w czasie do zerwania tII/tr stali Super 304H w zależności od naprężenia badania w stałej temperaturze badania Tb = 700°C

Próby pełzania po starzeniu stali

Trzeci rodzaj eksperymentów zmierzajacych do opracowania charakterystyk pełzaniowych, związanych z szacowaniem trwałości eksploatacyjnej stali Super 304H, obejmował próby pełzania badanej stali przy temperaturze 700°C i naprężeniu 100 MPa poddanych uprzednio starzeniu w temperaturze 650 i 700°C w czasie do 30 000 godzin. Czas trwania prób dochodził do 12 000 godzin. Uzyskane wyniki przedstawiono na rys. 4.

Podsumowanie – pełzanie stali

Jak podaje [2], proces pełzania oszczędnościowych stali austenitycznych w zakresie temperatur 600-650°C przy naprężeniu nieprzekraczającym 150 MPa wywołuje w początkowym stadium zmiany strukturalne, polegające na tworzeniu się licznych bliźniaków a także błędów ułożenia, na których w dalszym ciągu trwania procesu pełzania wydzielają się węgliki M₂₃C₆. Dodatek drogiego molibdenu i boru powoduje wzrost rozdrobnienia faz wtórnych. Takie równomierne rozmieszczenie wydzieleń powoduje wzrost umocnienia stali. Ze wzrostem temperatury badania do 650 i 700°C z równoczesnym wzrostem naprężeń powoduje wzrost procesów zdrowienia osnowy. Powoduje też wzrost wydzielenia po granicach ziarn węglików M₂₃C₆ i faz międzymetalicznych: σ, Lavesa. Badana stal w swym składzie nie zawiera drogiego molibdenu, a efekt umocnienia jest spowodowany obecnością koherentnych wydzieleń ε_Cu i NbCrN. Zaobserwowano podobieństwo, jeśli chodzi o proces wydzielania się węglika M₂₃C₆ i fazy σ [8, 9].