Русский English
ДонНТУ & nbsp; Портал магістрів

Реферат по темі "Дослідження способів захисту нагрівальних елементів термічних печей від газової корозії"

Зміст

Введення

Жароміцні сплави - сплави на основі нікелю, кобальту, нікелю з залізом, що володіють високою термічною міцністю в напружених умовах функціонування й навколишнього середовища. Крім жароміцності такі сплави, володіють і іншими високими показниками властивостей. Найбільше застосування в якості особливо жароміцних мають жароміцні сплави на нікелевій основі, зумовлено це тим, що вони поєднують в собі такі переваги: високу жароміцність, окалиностойкость, технологічність і опір газової корозії. Жароміцні сплави на основі нікелю можуть одночасно містити велику кількість легуючих елементів, кожен з яких впливає на певні властивості. Промисловість вимагає постійно нових винаходів і удосконалень, авіація та космічна техніка не відстають і також вимагають удосконалень: матеріалів, конструкцій. При підвищенні температури експлуатації матеріалу все більше зростає важливість легування. До таких матеріалів відносяться і жароміцні сплави.

1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД СПОСОБІВ ВИРОБНИЦТВА І ЯКОСТІ жароміцних сплавів

1.1 Загальна характеристика жароміцних сплавів

В даний час сплави на основі нікелю є найбільш поширеними жароміцними матеріалами і широко використовуються для виготовлення деталей, що працюють при високих температурах. Ці температури досягають 0,8Тпл. Широке практичне застосування сплавів на основі нікелю призвело до інтенсивних досліджень їх структури і властивостей.

Для нікелевих жароміцних сплавів характерні такі структури: матриця сплаву (γ-фаза) - представляє собою твердий розчин на нікелевої основі з ГЦК гратами, зазвичай з підвищеним вмістом елементів, що розчиняються в нікелі: кобальту, хрому, молібдену і вольфраму; упрочняющей - є інтерметаллідним γ'-фаза Ni3 (Al, Ti) з упорядкованою ГЦК гратами. Вона утворюється при кристалізації сплаву (первинна γ'-фаза), а також при виділенні в дисперсному вигляді з пересичені твердого розчину матриці. Спряженість решіток γ- і γ'-фаз і близькість їх періодів (невідповідність періодів решітки становить менше 0,1%) створюють можливість освіти міжфазних кордонів з низькою поверхневою енергією. Це обумовлює високу стабільність розмірів γ'-фази [5].

Сучасні жароміцні сплави на нікелевій основі мають дуже складний склад: в них входять до 12 основних легуючих елементів і велику кількість прімесей, зміст яких слід контролювати в сплаві. Нікель утворює тверді розчини з багатьма елементами, що обумовлює значні можливості достіженія високою жароміцних сплавів на його основі. Багато з легуючих еле-ментів, розчинні в нікелі або ніхрому, є еффектівним упрочнителями і підвищують опір ползучесті сплавів: хром, кобальт, молібден, вольфрам, ванадій, реній. Сумарна маса основних легуючих компонентів може досягати 40% [3].

Основним упрочнителем є γ`-фаза, що представляє собою інтерметаліди типу А3В з ГЦК гратами на базі Ni3Al, в якому крім Al можуть входити такі елементи, як Ti, Hf, Nb, Ta, а також в незначних кількостях W, V, Co, Ru, Mo, Cr і Re. Грати фаз γ' і γпо типу збігаються і за розміром близькі. Місце «А» займають щодо електронегативні елементи: Ni, Co, а «В» більш електропозитивні: Al, Ti, Ta, Nb і т.п. Об'ємна частка фази упрочнителя становить близько 60-70% [4], досягає і 90%, наприклад в сплаві ВКНА [3].

Таким чином, можна зробити висновок, що жароміцні сплави на основі Ni знаходять широке застосування в галузях, зміцнення в таких сплавах, здійснюється за допомогою освіти интерметаллидов (γ'-фази), типу Ni3 (Al, Ti). Такі сплави працюють при досить високих Т рівних 0,8 × Тпл.

1.2 Способи захисту нагрівальних елементів термічної печі

Чисті метали, як правило, є корозійностійкими, але вимагають додаткових заходів захисту при експлуатації в середовищах високої агресивності.

Існує маса способів підвищення захисту нагрівачів від газової корозії, одним з яких є жаростойкое легування. Легуючий елемент повинен утворювати оксид з високим електричним опором. Велике омічний опір (низька електропровідність) є одним з основних умов для формування захисних властивостей плівки, так як при цьому рух іонів в шарі оксиду ускладнюється.

Енергія освіти оксиду легуючого елемента повинна бути більше енергії освіти оксиду основного металу, тобто Ця умова забезпечує стійкість оксиду легуючого компонента в присутності основного металу. Оксид компонента добавки виявляється більш стійким, ніж оксид основного металу. Якщо ця умова не дотримується, то оксид легуючого елемента буде відновлюватися основним металом.

Легуючий компонент і основний метал повинні утворювати твердий розчин, тоді за цієї умови вдається забезпечити суцільну плівку оксиду легуючого компонента по всій поверхні сплаву.

Впливати на жаростійкість можна шляхом впливу на поверхню або поверхневі шари сплаву, такими методами як:

напиленням дроту або порошку розплавлених і спрямованих потоком стисненого повітря. Як напилюються можу застосовуватися і не металеві покриття: жаростойкие емалі, метало-кераміка і тугоплавкі з'єднання. Недоліками не є міцне зчеплення покриття з поверхнею і пористість нанесеного покриття, для їх вирішення необхідно проводити отжиг [12].

Термодифузійне насичення. Насичується поверхневий шар алюмінієм, хромом, кремнієм у вигляді: порошкоподібних сумішей (для індивідуального виробництва), розплавів (для масового). Глибина шару залежить від температури і часу насичення. При багатокомпонентному насиченні важливу роль відіграє порядок насичення: а) спільне, б) послідовне.

Таким чином з підрозділу слід, що існує безліч способів підвищення стійкості виробів з ніхрому, найбільш актуальними і перспективними є ті, які сприяю утворенню шпинелей або ті способи, які так само мінімізують можливість утворення окалини і руйнування металу.

1.3 Висновки

1) Жароміцні сплави на основі Ni знаходять широке застосування в галузях, зміцнення в таких сплавах, здійснюється за допомогою освіти интерметаллидов (γ'-фази), типу Ni3 (Al, Ti). Такі сплави працюють при досить високих температурах рівних 0,8 × Тпл.

2) Існує безліч способів підвищення стійкості виробів з ніхрому, найбільш актуальними і перспективними є ті, які сприяю утворенню шпинелей або ті способи, які так само мінімізують можливість утворення окалини і руйнування металу.

2. МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

2.1 Матеріал, методика, обладнання для досліджень.

Електричні нагрівачі термічних печей, зокрема ніхромові, при експлуатації здатні руйнуватися. Може відбуватися місцеве перегорання або перегорання всього нагрівача. При окисленні нагрівача плівка окислів на ньому поступово потовщується, а перетин живого металу зменшується. Надалі опір нагрівача поступово збільшується, а виділяється в ньому потужність падає. Коли це зменшення потужності стає істотним (близько 10-15%), нагрівач доводиться замінювати на новий, його термін служби закінчується.

Причини виходу з ладу можуть бути такими: при формуванні з стрічкових нагрівачів форми «гармошки», в місцях перегинів утворюються мікротріщини; надалі хімічної взаємодії під час роботи з матеріалами футерування електричної печі, або з її атмосферою; включення плівок оксидів і інші ослаблені ділянки, в яких спостерігається збільшення опору.

Тому, метою дипломної роботи є дослідження способів захисту електричних нагрівачів термічних печей від газової корозії, шляхом нанесення жаростійких обмазок.

Застосування таких обмазок дозволяє знизити ймовірність аварійності ніхромових нагрівачів, а також підвищити продуктивність печей і знизити ймовірність ураження електричним струмом.

2.2 Методика обробки експериментальних даних

Для вивчення структури, зерна, мікротвердості; оцінки товщини і будови окисного шару поламаних ніхромових нагрівачів з заводу необхідно виготовити поперечні або поздовжні шліфи.

Для виготовлення шліфів з наявних були відібрані: нагрівач № 1 - пружинний нагрівач; нагрівач № 4 - стрічковий нагрівач.

Зразки 1, 2 закладалися в струбцину, а зразки 3, 4, 5, 6 в холодну зварювання. Зразки в застиглій холодної зварюванні і зразки в струбцине сточувалися ні шлифовальном колі, для отримання більш рівної поверхні шліфа. Потім шліфи оброблялися за допомогою наждакових шкурок, дисперсностью: 40, 80, 160, 240 і 0. Перед кожним переходом на наждачний папір меншою зернистості шліф повертався на 90 '. Після зразки піддавалися обробці на полірувальному колі за допомогою оксиду хрому, промивалися водою, ретельно просушують і знежирюють перед травленням. Шліфи труїлися в царській горілці, час підбиралася в ході експерименту і склало близько 5 хвилин на кожен.

Мікроструктура вивчалася на мікроскопі МІМ-7. Збільшення Х600 раз. Після вивчення мікроструктури на виготовлених шліфах вимірювалася мікротвердість на Мікротвердоміри ПМТ-3. Навантаження 50 г (0,5 Н).

2.3 Вивчення структури і властивостей виробничих нагрівачів.

На основі результатів огляду зовнішнього вигляду та інформації яку вдалося отримати на підприємстві про нагревателях було складено реєстр зразків

В структурі нагрівачів спостерігається пористість, у країв скупчення пір. На структурі 1.1 зображеної на малюнку 2.2 видно, що відбулося відшаровування окисленого шару. Товщина окисної плівки на всіх нагревателях коливається в межах 40 ÷ 140 мкм + 50 ÷ 100 мкм вкраплень оксидів вглиб металу.

В таблиці 2.1 наведені мікротвердості досліджуваних нагрівачів з заводу «ДОНЕЦЬКГІРМАШ».

Таблиця 2.1 мікротвердості нагрівачів, навантаження 50г (0,5 Н)

№ Зразка Мікротвердість нагрівача Мікротвердість окалини
1 2861 ± 100 -
2 2365 ± 80 3170 ± 110
3 1426 ± 25 1933 ± 50
4 тисячі двісті сімдесят дві ± 30 1 495 ± 35
5 1330 ± 30 1737 ± 40
6 1300 ± 30 тисячі вісімсот тридцять одна ± 50

В структурі окисної плівки є тріщини, в зв'язку з чим показання мікротвердості окислів низькі. На першому зразку не вдалося виміряти мікротвердість окисного шару, так як він або був відсутній, або відшаровується.

Таким чином було оцінено стан окисного шару та з'ясовано, що окисли відшаровуються від поверхні зразка і мають безліч тріщин, це призвело до зниження показника мікротвердості.

2.4 Аналіз макроструктури і властивостей після типових режимів термічної обробки

Для проведення експерименту при температурах рівних 800 і 900°С, були взяті з 4 зразка на кожну температуру: 1 - чистий без обмазки; 2 - натертий Al; 3 - в суміші: бура прокаленная + кальцинований каолін + Н2О (в пропорціях 9: 2: 2); 4 - в суміші кальцинованого каоліну з водою.

Розрахунок показника корозії за коефіцієнтом зміни маси (K_m+ або K_m-) зразків піддаються газової корозії при 800°С:

1) K_m+ = (1,45925-1,38565) / (0,3625 ×1) = 0,203 ( г / (м2× ч))

2)K_m+ = (1,7057-1,63875) / (0,315 × 1) = 0,2125 ( г / (м2× ч))

3)K_m- = (1,7932-1,6628) / (0,3632 × 1 ) = 0,359 ( г / (м2× ч))

4) K_m+ = (1,5115-1,46525) / (0,3106 × 1) = 0,149 ( г / (м2× ч))

ВИСНОВКИ

З роботи слід, що існує безліч способів підвищення стійкості виробів з ніхрому, найбільш актуальними і перспективними є ті, які сприяю утворенню шпинелей або ті способи, які так само мінімізують можливість утворення окалини і руйнування металу.

макроструктурна аналізом поверхні зразків після проведення випробувань на газову корозію встановлено: на значній площі поверхні є локальне налипання захисної обмазки, дана обставина внесло свій вагомий внесок в утрудненість коректної оцінки зміни масових показників газової корозії на зразках після видалення обмазок, тому для них розрахунок проводився з урахуванням маси зразка з обмазкою до випробування і після.

Список використаної літератури

  1. Смирнов Л.А. Качество толстых листов категории Х60 из стали, микролегированной ванадием / Л.А. Смирнов, Б.З. Беленький, С.К. Носов и др. // Сталь. – 2004. - №2. - С. 44-47.
  2. Белосточный В.В. Изменение свойств металла при переделештрипс – электросварная труба/ В.В.Белосточный, И.А. Левтерова, А.В. Мурашник,Т.В.Белосточная // Металл и литье Украины. – 2007. - №1-2. – С. 57-59.
  3. Матросов Ю.И., Сталь для магистральных газопроводов./Ю.И.Матросов, Д.А. Литвиненко, С.А. Голованенко- Москва:Металлургия, 1989. - 288 с.
  4. Баранов А.А. Проблемы совмещения горячей деформации и термической обработки стали / А.А. Баранов, А.А. Минаев, А.Л. Геллер, В.П. Горбатенко – Москва:Металлургия, 1985. – 130 с.
  5. Отана Х. Разработка высокопрочных сталей для труб классов Х70-Х100/ Х.Отана // Стали для газопроводных труб и фитингов. Труды конференции.под ред. Рудченко. – Москва: Металлургия, 1985. – 480 с.
  6. Александров С.В.Влияние марганца и ниобия на свойства низколегированных сталей. / С.В.Александров//Металловедение и термическая обработка металлов. – 2005. - №11. – С. 17-21.
  7. Исследование карбидов ниобия и ванадия в микролегированной конструкционной стали / В.И. Большаков, Г.Д. Сухомлин, Т.И. Эписьери др. // Сб. научных трудов. Вып 45, ч. 2. – Днепропетровск, ПГАСА, 2008. -204 с.
  8. Большаков В.И. Карбидообразование и упрочнение строительных сталей с ванадием./ В.И. Большаков,Х.А. Аскеров // Перспективные задачи инженерной науки. – GAYDEMUS 2001: Днепропетровск.- С.115
  9. Аскеров Х.А.Особенности выделения карбидной фазы при термомеханической обработке строительных сталей/ Х.А. Аскеров // Сб. научных научных трудов. Вып 45, ч. 2. – Днепропетровск, ПГАСА, 2008. -204 с.
  10. Pickering B. // Microalloying 75. – Union CabideCour. NewYork (NY). 1977. P. 9.
  11. Бернштейн М.Л. Структура деформированного металла / М.Л. Бернштейн – Москва: Металлургия, 1977. – 441 с.
  12. Погоржельский В.И. Контролируемая прокатка / В.И. Погоржельский, Д.А.Литвиненко, Ю.И. Матросов, А.В. Иваницкий – Москва: Металлургия, 1979. – 184 с.
  13. Лахтин Ю. М. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева — 3-е изд., перераб. и доп. — Москва: Машиностроение, 1990. — 528 с.
  14. Браун М.П. Микролегирование стали / М.П. Браун. – Киев: Наук.думка, 1982. – 303 с.
  15. Технические условия ТУ 14-3-1573-96: ТРУБЫ СТАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОСВАРНЫЕ ПРЯМОШОВНЫЕ ДИАМЕТРОМ 530 - 1020 ММ С ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ ДО 32 ММ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ, НЕФТЕПРОВОДОВ И НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДОВ
  16. Тылкин М.А. Справочник термиста ремонтной службы/ М. А. Тылкин – М.:Металлургия,1981. 648с.