ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Роль усталостных процессов в механизме хрупких разрушений металла экранных труб из "Предупреждение коррозии барабанных котлов высокого давления " Для оценки механизма и кинетики эксплуатационных разрушений металла все чаш,е привлекается метод фрак-тографии (от английского fra ture — излом, разрушение), т. е. электронно-микроскопического исследования изломов образцов поврежденного металла. [c.77] Рассмотрим результаты фрактографпческого исследования строения изломов кольцевых и продольных ра рывных образцов металла, взятых из зон типичных хрупких разрушений экранных труб котлов давлением 15,5 МПа (см. 2.3). [c.77] Фрактограммы изломов получены с помощью электронного микроскопа ЭМ-5 при увеличении в 5600 раз методом угольных реплик. Выше (см. 2.3) было покагано, что на кромках разрушения труб, подверг-щихся водородному охрупчиванию, обычно прослеживаются две различные по рельефу зоны с внутренней стороны значительно более темная и шероховатая, соответствующая зоне наводороживання, обезуглероживания и межзеренного разрушения металла, у наружной стороны— более светлая зона долома (см. рис. 2.14). Фрактография темной и светлой зон проводилась раздельно. Для сравнения исследованы изломы металла образцов двух контрольных неповрежденных труб (условные Л Ь 1, 2), взятых из тех же экранных панелей, что и поврежденные трубы. При этом электронно-микроскопический анализ проводился с обогреваемой стороны образцов как в целом по толщине (труба 1), так и раздельно со стороны внутренней и наружной поверхности (труба 2). [c.77] Светлая часть излома поврежденных труб (зона долома) характеризуется преимущественно вязким разрушением в виде удлиненных больших и мелких чашек со следами значительной пластической деформации (рис. 2.27,а, б). При близости поверхности разрушения к плоскости максимальных касательных напряжений наблюдаются сильно удлиненные параболические ровные области расслоения по плоскостям скольжения, известные как излом среза (рис. 2.27,в, г). В ряде случаев светлая часть излома обнаруживает смешанный характер с иреобладанием доли вязкого разрушения. Здесь имеются участки межзеренного разрушения с округлыми включениями пли следами от пих (рис. 2.28,а), но чаще наблюдаются большие чашки с гребнями разрыва (рис. 2.28,6) и области расслоения излома среза (рис. 2.28,в). Особый интерес представляют квазисколь-ные участки со слаборазвитым речным узором (рнс. 2.28,г, д), а также участки с признаками усталостного разрушения (рис. 2.28,е, ж). [c.80] Аналогичный характер разрушения наблюдается в изломах разрывных образцов, отобранных с огневой стороны контрольной неповрежденной трубы J 1 (рис. 2.29). Имеются участки межзеренного скола (рис. 2.29,а), но преобладает вязкое разрушение с крупными (рис. 2.29,6) и мелкими чашками. II здесь отмечаются элементы хрупкого разрушения усталост Юго происхоясдения с характерными бороздками (рнс. 2.29,д) и сотовым рельефом (рис. 2.29,г) [78]. [c.80] Согласно [79] на котле ТГМП-114 выявлены пульсации температуры металла труб НРЧ с периодом 5—15 с при амплитуде колебаний до 20 °С как результат соответствующих изменений воспринятого теплового потока. При этом максимальное отклонение интенсивности напряжения на наружной поверхности любой части труб в сравнении со стационарным режимом составило 17,7 МПа, а на внутренней поверхности — 6,2 МПа. [c.82] Наиболее очевидные проявления усталостного характера разрушения наблюдаются в темной части изломов образцов труб, претерпевших хрупкие повреждения второго типа (рис. 2.32). Этой зоне присущи следующие типичные признаки участки с параллельными микрополосками (рис. 2.32,а), бороздчатый рельеф (рис. 2.32,6, в), участки квазискола со слабо развитым речным узором (рпс. 2.32,г), траковые следы (рис. 2.32,д). [c.83] Циклический характер нагружения объясняет и образование бороздчатого рельефа (рис. 2.32,6, о). В основу такого объяснения положен повторяющийся процесс затуплещш — заострения вершины трещины [80]. В растягивающей части цикла нагружения при росте его амплитуды в верщиие трещины протекает локализованная пластическая деформация (по плоскости максимального сдвигового напряжения), что приводит к раскрытию трещины и затуплению ее вершины. При снятии нагрузки полости трещины сближаются, по новая поверхность (в плоскости сдвигового напряжения), образовавшаяся в первом щ)кле, полностью не исчезает. Остаются вытянутые выступы, идентичные бороздкам на поверхности излома. Подчеркнем, что разъединение полостей трещины, т. е. фактически процесс ее роста, существенно (на порядок) интенсифицируется в коррозионной, особенно в жидкой среде. [c.85] Таким образом, фрактографическпе исследования подтверждают представления о механизме бездеформационных (второго типа) повреждений экранных труб (см. 2.3) н одновременно вносят важное уточнение относительно усталостного характера процессов, сопровождающих водородное охрупчивание металла этих труб. С таких позиций становится возможным и объяснение наблюдавшихся в ряде случаев хрупких разрушений экранных труб всего через несколько десятков часов после пуска котла из капитального ремонта. [c.85] Всякому усталостному разрушению, как известно, предшествует подготавливающая его местная пластическая деформация, приводящая по мере накопления числа циклов к разрыхлеида металла, нарушению его сплошности, затем к появлению микротрещин. В процессе хрупкого разрушения такая деформация сильно локализуется в элементарных объемах и достигает критического значения в узкой зоне зарождения и распространения трещины, являющейся выраженным концентратором напряжений. Местоположение и масштабы указанной зоны определяются неоднородностью накапливания усталостной повреждаемости в микрообъемах. При термоциклическом нагружении до уровня, в целом меньшего предела текучести, часть мягких зерен металла, имеющих благоприятную ориентировку для активации скольжения, может претерпевать циклическую деформацию за счет перемещения свободных дислокаций [80]. Значительные температурные градиенты, возникающие в металле при нагреве и охлаждении, вызывают внутренние напряжения, резко меняющиеся как от точки к точке, так и в каждой точке во времени. При этом, с одной стороны, усиливается неоднородность накапливаемой усталостной повреждаемости, с другой — возникает присущая термической усталости многоочаговость разрушения. Циклические перепады температуры на 70 °С в стенке экранной трубы, изготовленной из углеродистой стали, могут вызвать ее разрушение при числе циклов менее 6-10 [82], а при нарушении нормального режима кипения в экранных трубах котлов с давлением 15,5 МПа возможны в 1,5—3 раза большие колебания температур. [c.86] Ное напряжение цикла, не вызывающее разрушения при большом числе циклов — 10 и более). [c.88] Термическая усталость особенно в начальной стадии приводит преимущественно к повреждаемости границ зерен, причем трещины на поверхности металла имеют вид разветвленных паучков . При коррозионной усталости разрушение начинается только после существенного коррозионного поражения поверхности металла, изломы характеризуются множественностью очагов, а разрушение может проходить как по зернам, так и по их границам (последнее— в условиях повышенного разрыхления границ, когда коррозионный фактор превалирует над нагрузочным) [78]. Напомним, что металл со стороны внутренней поверхности экранных труб, подвергшихся хрупким повреладенням, претерпел именно межзеренное разрушение (см. 2.3). [c.88] Такое положение требует улучшения контроля и своевременного проведения химических очисток. Следует учитывать, что при очистке методом трав.тения и неэффективности последующей отмывки иа наклонных участках труб могут оставаться разрыхленные, но не удаленные окислы. В результаты при дальнейшей эксплуатации процессы коррозии и наводороживания металла существенно ускорятся. После очистки необходимо принять меры по пассивации металла. [c.95] Повреждаемость угловых, близких к ним и других труб объясняется вялой циркуляцией среды в этих трубах, низкой массовой скоростью при высоком паросодержании в зоне возросших тепловых нагрузок (газовый пережим). При этом в пристенном слое на локальных участках первичной коррозии и накипеобразования периодически происходит срыв водяной пленки и задержка парового слоя внутритрубными образованиями с последующим восстановлением течения и смачиваемости стенки. В результате возникающих теплосмен металл со стороны внутренней поверхности претерпевает усталостное нагружение, ускоряющее развитие первичной коррозин в сторону наводороживания, обезуглерол-[ивания и межкристаллитного растрескивания стали. Одновременно, особенно при флуктуациях топочного факела, возможно термоусталостное и коррозионное разрушение металла со стороны наружной поверхности трубы (рис. 2.35,г). [c.95] Вернуться к основной статье