Буряк Тетяна Миколаївна. Структуроутворення і формування властивостей трубної заготовки і труб для атомної енергетики з використанням нових способів виробництва

Короткий опис

Буряк Тетяна Миколаївна. Структуроутворення і формування властивостей трубної заготовки і труб для атомної енергетики з використанням нових способів виробництва : Дис... канд. наук: 05.16.01 2005

Буряк Т.М. Структуроутворення і формування властивостей трубної заготовки і труб для атомної енергетики з використанням нових способів виробництва.-Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.01 Металознавство та термічна обробка металів Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України, м. Дніпропетровськ, 2005 р.
Дисертація присвячена комплексному дослідженню формування структури і властивостей в трубній заготовці і трубах із корозійностійких сталей, сплавів цирконію і титана, які було одержано за новими технологіями з метою підвищення їх структурної однорідності. Доведено, що використання литих трубних заготовок газо-кисневого рафінування із корозійностійкої сталі і гарнісажної електронно-променевої плавки з електромагнітним перемішуванням розплаву із сплавів на основі цирконію і титану, у сукупності із інтенсифікацією температурно-деформаційних параметрів їх гарячої за деформації, сприяє підвищенню структурної однорідності труб. Визначені умови формування типу структури, який забезпечує підвищення властивостей у трубах, у тому числі технологічних і експлуатаційних. Запропоновані нові ресурсозберігаючі технології виготовлення труб для атомної енергетики. В заводських умовах виготовлені труби. Комплексна оцінка якості довела, що склад, структура і властивості одержаних за новими технологіями труб, відповідають стандартним нормам і вимогам сучасної атомної енергетики.

В дисертації приведені теоретичні узагальнення та нові рішення науково-технічних задач підвищення структурної однорідності і поліпшення комплексу властивостей в трубній заготовці і трубах для атомної енергетики, стосовно до промислового та наукового потенціалу України. На підставі одержаних результатів, сформульовані наступні висновки.

З аналізу літературних джерел встановлено, що зниження вмісту шкідливих домішок, підвищення структурної однорідності і рівня механічних властивостей є необхідною умовою поліпшення комплексу експлуатаційних характеристик труб, призначених для атомної енергетики (стійкість до повзучості, корозії, окрихчування), що не завжди забезпечує сучасна металургійна і трубна промисловість. На сьогодні практично відсутні дослідження, що відображають вплив технологічних факторів при виробництві трубної заготовки на формування структури і властивостей в передільних і готових трубах. До теперішнього часу обмежена інформація про результати комплексного дослідження труб, одержаних з металу ГКР, ЕПП, ГЕМП, ВЦБЛ, що стримує розширення використання їх на АЕС.

2. Дослідження трубної заготовки з різним уковом діаметром від 80 до 250 мм із сталі 08Х18Н10Т, 03Х17Н14М2, 15Х25Т, одержаної за традиційною технологією методом кування, показали неминучу структурну неоднорідність по перетину заготовки у вигляді лікваційного квадрата, різнозернистості з аномальним зростанням окремих зерен, смугастості, колоній неметалевих включень, зосереджених в серцевині заготовки. При цьому, в металі кованої заготовки із сталі 08Х18Н10Т відкритої електровиплавки вміст неметалевих включень, вуглецю і сірки в 1,22 рази вище в порівнянні з металом ГКР.
3. Вперше виконана порівняльна оцінка структури і властивостей в гарячедеформованих трубах діаметром 325 мм із сталі 08Х18Н10Т, виготовлених за традиційною технологією на автоматстанах з кованої заготовки в Україні і Японії. Встановлено, що в трубах формується неоднорідна структура після різної стадії розміцнення з наявністю нерекристалізованих зерен, це знижує експлуатаційні властивості труб.
4. Встановлено, що використаний для виготовлення труб злиток ГКР із сталі 08Х18Н10Т характеризується рівномірністю розподілу по перетину злитка хімічних елементів і структурних складових (неметалевих включень, феритної фази), пониженим вмістом вуглецю (0,04%), сірки (0,010%) з високим відношенням Ti/C 12. Вперше науково обгрунтована і експериментально випробувана ідея вживання литої заготовки ГКР при виробництві труб для АЕС.
5. Вперше встановлено, що виготовлення гарячедеформованих труб діаметром 325 мм із злитка ГКР сталі 08Х18Н10Т методами пресування і пілигримової прокатки з великими ступенями деформації ( 7595 %), дозволяє трансформувати вихідну дендридну структуру аустеніту в однорідну рекристалізовану з формуванням низькоенергетичних двійникових границь та зменшеною до 1 номера різнозернистістю без проведення термічної обробки. Стійкість труб до МКК, рівень їх механічних властивостей і величина зерна повністю задовольняють нормативним вимогам (ТУ 14-3-197-89, ТУ 14-3Р-197-2001).
6. Вперше визначені відмітні особливості формування структури і властивостей сталі 03Х17Н14М2 в процесі виготовлення прецизійних труб діаметром 12 мм, на стадіях отримання: заготовок нового типу (кованої ГКР і ВЦБЛ), передільних гарячепресованих і готових холоднодеформованих труб. Встановлено, що локалізація-ферриту в міждендритних ділянках ВЦБЛ заготовки і протікання в процесі трубного переділу ag-перетворення з формуванням однофазної структури на основі аустеніту, приводить до посилення лікваційної смугастості в трубах в порівнянні з металом ГКР. Підтверджена можливість отримання із заготовок нового типу труб для АЕС. Виготовлені дослідні партії з високим рівнем механічних властивостей, дрібнозернистою структурою, стійкі до МКК.
7. Вперше теоретично обгрунтована і експериментально підтверджена можливість отримання методом ГКР складнолегованої високобористої сталі на Fe-Cr-Ni-основі типу Х16Н15М2РБ (0,801,72 % В) з рівномірним розподілом боридної фази в об'ємі злитка. Оцінений вплив вмісту бору на властивості, структуру і фазовий склад сталі, де основною складовою є боридна евтектика на основі Cr та Fe, яка також містить Ni, Mn, Mo, Nb, Si. При 1150С спостерігається часткове руйнування і коагуляція евтектичної фази, що приводить до підвищення технологічної пластичності одержаної сталі, яка є важкодеформуємим матеріалом.
8. Виконана комплексна порівняльна оцінка структури і властивостей сплаву Zr1Nb, одержаного штатним ЕПП, а також стаціонарним і відцентровим литтям після ГЕМП. Показано, що в металі ГЕМП в 1,52 рази нижче вміст азоту, кисню і інших домішок, в 1,21,5 рази нижче твердість, відношення s0,2/sВ, а ударна в'язкість в 1,52,5 рази вище з меншою різнозернистістю в порівнянні з металом штатного ЕПП. Встановлений тісний взаємозв'язок між міцністними властивостями (sВs0,2) і твердістю сплаву Zr1Nb в литому стані, що підтверджено високими значеннями коефіцієнтів кореляції і детермінації (> 0,9). На підставі результатів дослідження литих заготовок і гарячепресованих труб, вперше розроблені технічні вимоги, визначені критерії оцінки якості литих трубних заготовок.
9. Показано, що в злитках із сплавів Zr1Nb, Zr-Nb, Sn, Fe і ВТ1-0, одержаних методом ГЕМП, формується дрібнозерниста однорідна структура, високі характеристики міцності у сукупності із хімічною чистотою і задовільним рівнем технологічної пластичності, це дозволяє використовувати їх як трубні заготовки при виробництві труб для АЕС.
10. Удосконалені режими нагріву і гарячої деформації литих заготовок із сталі 08Х18Н10Т, сплавів Zr1Nb, ВТ1-0. В промислових умовах ЗАТ "НТЗ" і ДЗ ДТІ виготовлені труби, якість яких відповідає стандартним нормам і вимогам до матеріалів, що призначені для АЕС.
11. Рекомендовано для атомної енергетики здійснювати одержання корозійностійкої сталі, у тому числі низьковуглецевої (0,03 % С) і високобористої (1,7 % В) способом ГКР, а сплавів на основі цирконію і титана способом ГЕМП, перспективним для одержання сталі і сплавів слід вважати спосіб ВЦБЛ.
12. На основі отриманих результатів запропоновані ресурсозберігаючі технології виготовлення труб із сталі 08Х18Н10Т (патент України № 5385), 03Х17Н14М2, титану ВТ1-0, що виключають кування заготовки і термічну обробку гарячедеформованих труб, які характеризуються в 1,52 рази скороченням циклічності виробництва порівняно з традиційними технологіями.