ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Водородное растрескивание из "Диагностика металлов " Процесс разрушения конструкционных материалов в водородсодержащей среде состоит из четырех стадий зарождения трещины стабильного роста (медленного подрастания) трещины нестабильного (ускоренного) роста трещины дол ома. [c.273] Последнюю, четвертую, стадию разрушения часто не упоминают. Стадия зарождения трещины включает собственно зарождение микротрещины и ее начальный рост. [c.273] При водородном охрупчивании высокопрочных сталей зарождение трещин начинается на включениях оксидов, силикатов и алюмосиликатов, но не на сульфидах. Это вызвано разными коэффициентами термического расширения включений и стали. Вблизи оксидных включений, коэффициент термического расширения которых меньше, чем у стали, при охлаждении образуются области с повышенными термическими напряжениями. Увеличение содержания водорода в этих областях приводит к растрескиванию. Коэффициент термического расширения сульфидов больше, чем у стали и, соответственно, при охлаждении возле сульфидов образуются микропустоты. В них скапливается диффузионный водород. В результате в окружающем его металле уменьшается содержание водорода, что повышает стойкость стали к растрескиванию. [c.273] Таким образом, тип включения существенно влияет на склонность высокопрочных сталей к водородному растрескиванию. Если включения служат концентраторами напряжений, то они повышают склонность стали к растрескиванию. Если включения образуют микропустоты на границе раздела матрица-включение, в которых скапливается диффундирующий из окружающего металла водород, то понижается склонность стали к растрескиванию. [c.273] В условиях длительного воздействия водорода при повышенных температурах и давлении эксплуатируются сосуды, печные змеевики и трубопроводы в установках каталитического риформинга и гидроочистки. Корпуса реакторов из углеродистых, кремнемарганцовых и в ряде случаев из хромомолибденовых сталей имеют внутреннюю торкрет-бетонную футеровку для снижения температуры стенки аппарата до 200-240 С. На отдельных установках реакторы из хромомолибденовых и двухслойных сталей эксплуатируются без футеровки. Эти аппараты работают в условиях ползучести. [c.274] При большей продолжительности перегревов необходимы комплексные исследования металла на наличие следов водородной коррозии и прочностные расчеты. [c.274] Сходная методика учета температурных воздействий на металл приведена в Регламенте [124] и для реакторов с4,5 МПа. Вопрос о сроках дальнейшей эксплуатации этих аппаратов должен решаться специализированной научно-исследовательской организацией после проведения комплексного обследования состояния аппаратов и исследований металла (металлографического, фазового, фрактогра-фического, микрорентгеноструктурного анализов и др.), а также выполнения прочностных расчетов. [c.274] Стадия нестабильного роста трещины наступает по достижении величиной iifj у вершины трещины некоторой критической величины Водород влияет на все три стадии разрушения. Степень этого влияния зависит от структуры и технологии изготовления материала. Вредное влияние водорода на процесс разрушения определяется конкуренцией между химическим повреждением от взаимодействия металл-водород и механическим - от воздействия приложенного напряжения [82]. [c.275] На рис. 5.50 представлена обобщенная зависимость скорости da/dx медленного роста трещины, вызванного водородом, от уровня коэффициента интенсивности приложенного напряжения К . [c.275] Согласно [82], скорость роста трещины на стадии I контролируется кинетическими параметрами. При подрастание трещины интенсивно ускоряется, успевая за временной зависимостью переноса водорода. Зона, в которой скорость роста трещины почти не меняется при увеличении К , -прямое следствие того, что стадия II контролируется скоростью переноса водорода в область вершины трещины. Наконец, интенсивное увеличение скорости роста трещины по мере приближения к величине или, менее точно, (стадия III) отражает доминирующую роль механического повреждения материала, вызванного приложенным напряжением. [c.276] Строение изломов в условиях водородного охрупчивания материала существенно зависит от его структуры и условий испытания. Однако можно выделить общую закономерность на стадии I выявляются большей частью фасетки межзеренного разрушения и отдельные участки поверхности разрушения, занятые фасетками квазискола на стадии II доминирует межзеренное разрушение с участием механизма зарождения, роста и коалесценции пор. Довольно часто при переходе от стадии II к стадии III излом представлен участками вязкого межзеренного разрушения и в меньшей степени участками хрупкого межзеренного разрушения [82]. На стадии III в изломе преобладает вязкий ямочный рельеф. [c.276] Особую склонность к водородному растрескиванию обнаруживают стали повышенной и высокой прочности. Ослабление границ зерен водородом приводит к существенному снижению порогового коэффициента интенсивности напряжений в среде водорода. [c.276] Имеются данные [177] о неоднозначном влиянии температуры испытания в среде газообразного водорода на скорость роста трещины. Повышение температуры испытания может привести как к ускорению, так и к замедлению скорости роста трещины. Температура перехода от ускорения к замедлению роста трещин зависит от давления водорода и с его повышением смещается в область более высоких температур испытаний. [c.278] Безопасность работы оборудования в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности зависит от надежности предохранительных клапанов. Пружины являются важнейшим элементом их конструкции, обеспечивая регулирование давления срабатывания, а также обратное закрытие клапана. При эксплуатации предохранительных клапанов с пружинами из стали 50ХФА в ПО Горькнефтеоргсинтез , ПО Новополоцкнефтеоргсинтез и на других нефтеперерабатывающих предприятиях отмечены многочисленные случаи разрушения пружин. При этом соответствие требованиям безопасности [178], нередко устанавливается лишь в ходе профилактических работ. Были случаи, когда пружины разрушались на несколько (три и более) фрагментов. При проверке работоспособности клапанов некоторых технологических систем трубопроводов выявлено, что частота отказов из-за разрушения пружин достигает 4-7%. [c.278] С целью анализа причин разрушения на ПО Горькнефтеоргсинтез были исследованы пружины из стали 50ХФА, снятые с предохранительных клапанов, эксплуатировавшихся на оборудовании в дизельном топливе, парах бензина и других средах при температуре от 70 до 150°С. Наиболее часто (в 70% случаев) разрушались пружины в предохранительных клапанах, примыкающих к факельной системе трубопроводов. [c.278] Вид изломов всех пружин, разрушившихся в процессе эксплуатации, одинаков (рис. 5.52) - хрупкий. Поверхность излома плавно изогнута, ориентирована под углом 40-50° к оси прутка, без признаков пластической деформации (утяжки). Подобная ориентировка поверхности разрушения пружин, подвергнутых кручению, характерна для разрушения под действием нормальных растягивающих напряжений. На поверхности разрушения пружин виден веерообразный рельеф, свойственный хрупкому типу разрушения. В точке сходимости лучей веерообразного рельефа выявляется относительно ровная сглаженная поверхность, соответствующая стадии стабильного роста трещины. [c.278] Поверхность изломов в месте зарождения трещины не обнару-живает каких-либо дефектов. Иногда, например, в пружине клапана N 5096 установки АВТ-3 в месте зарождения трещины видна небольшая (размером 0,5 мм) вмятина, по-видимому, от вдавленной окалины. Структура стали разрушившихся пружин - троостит отпуска (рис. 5.53). Твердость стали 50ХФА составляет HR 45-50, т.е. отказ пружин не связан с нарушением технологии их термообработки. [c.279] В табл. 5.7 приведены результаты фрактографических исследований изломов пружин в зоне стабильного роста трещины и образцов типа Шарпи, изготовленных из прутка пружин. [c.280] Для сравнения в этой же таблице представлены данные о строении излома образцов из пружин, еще не находившихся в эксплуатации. Сопоставление результатов показывает [179], что в процессе эксплуатации ослабляются границы зерен, приводя к существенному повышению доли межкристаллитной составляющей в изломе от 8-16% в исходном состоянии до 40-87% после эксплуатации. [c.280] Вернуться к основной статье