Wytrzymałość na pełzanie stali SUPER 304H

Utrata trwałości eksploatacyjnej stali

Z przedstawionych na rys. 4 krzywych pełzania wynika, że wraz ze wzrostem temperatury i czasu starzenia następuje utrata trwałości eksploatacyjnej. Objawia się to wzrostem szybkości pełzania w drugim jego okresie. W tab. 5 zestawiono uzyskane wyniki szybkości pełzania.

• Wyniki szybkości pełzania starzonej stali w temperaturze 650°C pokazują po starzeniu przez 1000 godzin wzrost prędkości pełzania o jedną jednostkę w porównaniu do szybkości pełzania materiału w stanie wejściowym dostawy.
• Wyniki szybkości pełzania badanego materiału po starzeniu przez 10 000 godzin po porównaniu do wyników uzyskanych dla materiału w stanie dostawy pokazują wzrost szybkości pełzania o 16,1 jednostek i 15,1 jednostek w odniesieniu stanu po 1000 godzin starzenia.

Porównując uzyskane wyniki szybkości pełzania dla materiału starzonego przez 30 000 godzin w temperaturze 650°C, zaobserwowano wzrost o około 100 jednostek w porównaniu do uzyskanych wyników dla stanu wyjściowego i o 84,2 jednostki dla stali starzonej przez 10 000 godzin.

• Dużo większy wzrost szybkości pełzania zaobserwowano dla stali Super 304H starzonej w temperaturze 700°C przekraczającej o 50°C do zakładanej temperatury długotrwałej pracy dla tej stali w warunkach rzeczywistych.

Szybkość pełzania stali

Szybkość pełzania materiału starzonego przez 10 000 godzin wzrosła o 97,3 jednostki w odniesieniu do badań wykonanych na materiale w stanie wyjściowym.

• Największy wzrost szybkości pełzania, a tym samym utratę trwałości, odnotowano dla materiału w odniesieniu do starzenia przez 30 000 godzin w temperaturze 700°C.

Czytaj też >> Współczesne technologie wytwarzania w przemyśle lotniczym

W tym przypadku wzrost szybkości pełzania jest ponad 15-krotny w porównaniu do stanu dostawy. Jest też ponad 3,5-krotny w odniesieniu do starzenia po 10 000 godzin. Porównanie uzyskanych szybkości pełzania w wykonanych badaniach dla obydwu poziomów temperatury starzenia przedstawiono na rys. 5.

Na podstawie uzyskanych wyników badań zaobserwowano około 4-krotny wzrost szybkości pełzania przy wzroście temperatury starzenia o 50°C. Wzrost szybkości pełzania, a tym samym spadek wytrzymałości na pełzanie, jest nierozerwalnie związany ze stanem zaawansowania procesu wydzieleniowego zachodzącym w mikrostrukturze badanej stali, co też potwierdzają badania [8-13].

Piśmiennictwo

1. Hernas A., Dobrzanski J.: Trwałość i niszczenie elementów kotłów i turbin parowych. Monografia, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2003.
2. Hernas A.: Żarowytrzymałość stali i stopów. Wyd. Politechniki Śl., Gliwice 2000.
3. Dobrzański J.: Materiałoznawcza interpretacja trwałości stali dla energetyki. Wyd. Open Access Library, 2011, volume 3.
4. Zieliński A.: Trwałość eksploatacyjna żarowytrzymałych stali o osnowie ferrytycznej w warunkach długotrwałego oddziaływania temperatury. Wyd. IMŻ, Gliwice 2016.
5. Dobrzański J.: Trwałość elementów ciśnieniowych bloków energetycznych. Wyd. IMŻ, Gliwice 2019.
6. Żurek J., Yang S., Lin D., Quadakkers W.J.: Precipitation behavior of the Sanicro 25 steel after long-term steam exposure in the temperature range 600 – 700°C. „J. Mater. Res.”, 2015, 30.
7. Polski Komitet Normalizacyjny. PN-EN ISO 204:2018. Metale. Próba pełzania przy jednoosiowym rozciąganiu. Warszawa: PKN, 2018.
8. Super 304H po 10 000 godzin starzenia. „Energetyka”, 2018, 11.
9. Super 304H po 20 000 godzin starzenia. „Archives of Metallurgy and Materials”, 2022, 67, 2.
10. Zieliński A., Dobrzański J., Purzyńska H., Golański G.: Properties, structure and creep resistance of austenitic steel Super 304H. „Materials Testing”, 2015, vol. 57, 859-865.
11. Horvath J., Janovec J., Junek M.: The changes in mechanical properties of austenitic creep resistant steels SUPER 304H and HR3C caused by medium-term isothermal ageing. „Solid State Phenom”, 2017, 258, 639-642.
12. Bai J.W. and others: Coherent precipitation of copper in Super304H austenite steel. „Mater. Sci. Eng. A”, 2013, 584, 57-62.
13. Zieliński A.: Structure and properties of Super 304H steel for pressure elements of boilers with ultra-supercritical parameters. „Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering”, 2012, 5 (2), 403-409.

dr inż. Robert Wersta
Kierownik Działu Oceny Zgodności
Urząd Dozoru Technicznego
Oddział we Wrocławiu

prof. dr hab. inż. Adam Zieliński
Dyrektor Instytutu Metalurgii Żelaza
im. Stanisława Staszica w Gliwicach

Galeria

Zobacz więcej