Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Структурные особенности высокотемпературного окисления литого жаропрочного сплава HP40NbTi. Часть I. Кинетика окисления

С. Ю. Кондратьев, С. Н. Петров, Г. П. Анастасиади, А. В. Цеменко

Аннотация


Методами световой и электронной микроскопии, рентгеноспектрального микроанализа и термогравиметрического анализа в сочетании с дифференциальной сканирующей калориметрией исследована структура при высокотемпературном окислении сплава HP40NbTi на основе системы Fe - 25Cr - 35Ni, изготовленного статическим и центробежным литьем, а также кинетика процесса окисления. Показано, что высокотемпературное окисление жаростойких жаропрочных сплавов HP40NbTi является сложным физико-химическим процессом, который, кроме температуры и времени выдержки, в значительной степени определяется степенью дисперсности структуры сплава.

Ключевые слова


литые жаропрочные жаростойкие сплавы; микроструктура; фазовый состав; высокотемпературное окисление; кинетика окисления; cast refractory alloys; microstructure; phase composition; high-temperature oxidation; oxidation kinetics

Полный текст:

PDF

Литература


Garbiak M., Jasinski W., Piekarski B. Materials for reformer furnace tubes. History of evolution // Archives of Foundry Engineering. 2011. V. 11. Special Issue 2. P. 47 - 52.

Рудской А. И., Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П. и др. Трансформация структуры жаропрочного сплава 0,45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb при длительной высокотемпературной выдержке // МиТОМ. 2013. № 10. С. 7 - 14.

Tillack D. J., Guthrie J. E. Wrought and cast heat-resistant stainless steels and nickel alloys for the refining and petrochemical industries, in: Nickel Development Institute, Toronto, Technical Series. 1998. No. 10. P. 71 - 85.

Bonaccorsi L., Guglielmino E., Pino E. et al. Damage analysis in Fe - Cr - Ni centrifugally cast alloy tubes for reforming furnaces // Engineering Failure Analysis. 2014. V. 36. P. 65 - 74.

Antonello Alvino, Daniela Lega, Francesco Giacobbe et al. Damage characterization in two reformer heater tubes after nearly 10 years of service at different operative and maintenance conditions // Engineering Failure Analysis. 2010. V. 17, Is. 7 - 8. P. 1526 - 1541.

Zhichao Zhu, Congqian Cheng, Jie Zhao, Lu Wang. High temperature corrosion and microstructure deterioration of KHR35H radiant tubes in continuous annealing furnace // Engineering Failure Analysis. 2012. V. 21. P. 59 - 66.

Kaya A. A., Krauklis P., Young D. J. Microstructure of HK40 alloy after high-temperature service in oxidizing / carburizing environment: I. Oxidation phenomena and propagation of a crack // Materials Characterization. 2002. V. 49, Is. 1. P. 11 - 21.

Kaya A. A. Microstructure of HK40 alloy after high-temperature service in oxidizing / carburizing environment: II. Carburization and carbide transformations // Materials Characterization. 2002. V. 49, Is. 1. P. 23 - 34.

De Almeida L. H., Ribeiro A. F., Le May I. Microstructural characterization of modified 25Cr - 35Ni centrifugally cast steel furnace tubes // Materials Characterization. 2003. V. 49, Is. 3. P. 219 - 229.

Рудской А. И., Анастасиади Г. П., Кондратьев С. Ю. и др. Влияние фактора числа электронных вакансий на кинетику образования, роста и растворения фаз при длительных высокотемпературных выдержках жаропрочного сплава 0.45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115, № 1. С. 3 - 13.

Monobe L. S., Schőn C. G. Microstructural and fractographic investigation of a centrifugally cast 20Cr32Ni + Nb alloy tube in the as cast and aged states // J. Mater. Res. Technol. 2013. V. 2, No. 2. P. 195 - 201.

Vander Voort G. F., Lucas G. M., Manilova E. P. Metallography and Microstructures of Heat-Resistant Alloys / Davis J. R., Davis & Associates // ASM International ASM Handbook, 2004, V. 9: Metallography and Microstructures. P. 820 - 859.

Рудской А. И., Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю. и др. Механизм и кинетика фазовых превращений в жаропрочном сплаве 45Х26Н33С2Б2 при длительных высокотемпературных выдержках. Часть 1 // МиТОМ. 2014. № 1. С. 3 - 8.

Рудской А. И., Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П. и др. Механизм и кинетика фазовых превращений в жаропрочном сплаве 45Х26Н33С2Б2 при длительных высокотемпературных выдержках. Часть 2 // МиТОМ. 2014. № 3. С. 12 - 19. @@Rudskoy A. I., Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P. et al. Mechanism and kinetics of phase transformations in refractory alloy 45Kh26N33S2B2 under long-term high-temperature holds. Part 2 // Metal Science and Heat Treatment. 2014. V. 56, No. 3 - 4. P. 124 - 130.

Zapała R., Kalandyk B. Identification of scale formed on Cr - Ni cast steel // Archives of Foundry Engineering. 2010. V. 10, Iss. 4. P. 217 - 220.

Kenik E. A., Maziasz P. J., Swindeman R. W. et al. Structure and phase stability in cast modified-HP austenite after long-term ageing // Scr. Mater. 2003. V. 49, No. 2. P. 117 - 122.

Рудской А. И., Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю. и др. Особенности структуры и длительная прочность литого жаропрочного сплава 45Х26Н33С2Б2 // МиТОМ. 2013. № 4. С. 42 - 47. @@Rudskoy A. I., Oryshchenko A. S., Kondrat'ev S. Yu. et al. Special features of structure and long-term strength of cast refractory alloy 45Kh26N33S2B2 // Metal Science and Heat Treatment. 2013. V. 55, No. 3 - 4. P. 209 - 215.

Sustaita-Torres I. A., Haro-Rodrigues S., Guerrero-Mata M. P. et al. Aging of cast 35Cr - 45Ni heat resistant alloy // Mater. Chem. Phys. 2012. V. 133. P. 1018 - 1023.

Фукс М. Д., Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П. Длительная прочность литого жаропрочного сплава 45Х26Н33С2Б2 // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия "Наука и образование". 2012. № 4(159). С. 92 - 96.

Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П. и др. Особенности структурных изменений в жаропрочном сплаве 45Х26Н33С2Б2 при температурах эксплуатации. Сообщение 1: Литое состояние // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия "Наука и образование". 2012. № 1(142). С. 155 - 163.

Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П. и др. Особенности структурных изменений в жаропрочном сплаве 45Х26Н33С2Б2 при температурах эксплуатации. Сообщение 2: Влияние высокотемпературной выдержки // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия "Наука и образование". 2012. № 2-1(147). С. 217 - 228.

Рудской А. И., Анастасиади Г. П., Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю., Фукс М. Д. Особенности структурных изменений в жаропрочном сплаве 45Х26Н33С2Б2 при температурах эксплуатации. Сообщение 3: Механизм и кинетика фазовых превращений // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия "Наука и образование". 2012. № 3-2(154). С. 143 - 150.

Buchanan K. G., Kral M. V. Crystallography and morphology of niobium carbide in as-cast HP-niobium reformer tubes // Metall. Mater. Trans. A. 2012. V. 43A, Is. 6. P. 1760 - 1769.

Buchanan K. G., Kral M. V., Bishop C. M. Crystallography and morphology of MC carbides in niobium-titanium modified as-cast HP alloys // Metallurgical and Materials Transactions A. 2014. V. 45A, Is. 8. P. 3373 - 3385.

Кондратьев С. Ю., Пташник А. В., Анастасиади Г. П., Петров С. Н. Анализ превращений карбидных фаз в сплаве 25Cr35Ni методом количественной электронной микроскопии // МиТОМ. 2015. № 7. С. 36 - 43.

Kondrat'ev S. Yu., Kraposhin V. S., Anastasiadi G. P., Talis A. L. Experimental observation and crystallographic description of M7C3 carbide transformation in Fe - Cr - Ni - C HP type alloy // Acta Materialia. 2015. V. 100. P. 275 - 281.

Nunes F. C., De Almeida L. H., Dille J. et al. Microstructural changes caused by yttrium addition to NbTi-modified centrifugally cast HP-type stainless steels // Materials Characterization. 20017. V. 58. P. 132 - 42.

Sourmail T. Precipitates in creep resistant austenitic stainless steels // Mater. Sci. Technol. 2001. V. 17/1. P. 1 - 14.

Piekarski B. Effect of Nb and Ti additions on microstructure and identification of precipitates in stabilized Ni - Cr cast austenitic steels // Materials Characterization. 2001. V. 47. P. 181 - 186.

Kondrat'ev S. Y., Anastasiadi G. P., Petrov S. N., Ptashnik A. V. Kinetics of the formation of intermetallic phases in HP-type heat-resistant alloys at long-term high-temperature exposure // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2017. V. 48, Is. 1. P. 482 - 492.

Babakr A. M., Al-Ahmari A., Al-Jumayiah K., Habiby F. Sigma phase formation and embrittlement of cast iron-chromium- nickel (Fe - Cr - Ni) alloys // J. Miner. Mater. Char. Eng. 2008. V. 7. P. 127 - 145.

Ibanez R. A. P., De Almeida Soares G. D., De Almeida L. H., Le May I. Effects of Si content on the microstructure of modified-HP austenitic steels // Materials Characterization. 1993. V. 30. P. 243 - 249.

McIntyre N., Chan N., Chen C. Characterization of oxide structures formed on nickel-chromium alloy during low pressure oxidation at 500 - 600 °C // Oxidation of Metals. 1990. V. 33, No. 5 - 6. P. 458 - 479.

Анастасиади Г. П., Кондратьев С. Ю., Рудской А. И. Избирательное высокотемпературное окисление фаз в литом жаропрочном сплаве системы 25Cr - 35Ni - Si - Nb - C // МиТОМ. 2014. № 8. С. 3 - 8.

Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П., Рудской А. И. Наноструктурный механизм образования оксидной пленки в жаростойких сплавах на основе Fe - 25Cr - 35Ni // МиТОМ. 2014. № 10. С. 15 - 20.

Войтович Р. Ф., Пугач Э. А. Окисление тугоплавких соединений: Справочник. М.: Металлургия, 1978. 108 с.

Trindade V. B., Krupp U., Hanjari B. Z. et al. Effect of alloy grain size on the high-temperature oxidation behavior of the austenitic steel TP347 // Materials Research. 2005. V. 8, No. 4. P. 371 - 375.

Kondrat'ev S. Yu., Sviatysheva E. V., Anastasiadi G. P., Petrov S. N. Fragmented structure of niobium carbide particles in as-cast modified HP alloys // Acta Materialia. 2017. V. 127. P. 267 - 276.

Yan J., Gao Y., Liang L. et al. Effect of yttrium on the cyclic oxidation behavior of HP40 heat-resistant steel at 1373 K // Corrosion Science. 2011. V. 53. P. 329 - 337.

Yan J., Gao Y., Shen Y. et al. Effect of yttrium on the oxide scale adherence of pre-oxidized silicon-containing heat-resistant alloy // Corrosion Science. 2011. V. 53. P. 3588 - 3595.

Liu L., Wu Sh., Dong Y., Lű Sh. Effects of alloyed Mn on oxidation behavior of a Co - Ni - Cr - Fe alloy between 1050 - 1250 °C // Corrosion Science. 2016. V. 104. P. 236 - 247.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2020.1.35-46

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024