Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Влияние G-фазы на характер разрушения сварного соединения из жаропрочного сплава HP40NbTi

С. Ю. Кондратьев, Ю. А. Беликова, М. Д. Фукс, М. А. Фролов, С. Н. Петров

Аннотация


Исследованы микроструктура и фазовый состав, определены механические свойства при 20 и 870 °C трубного сварного соединения из сплава HP40NbTi на основе системы Fe - 25 % Cr - 35 % Ni. Изучен механизм разрушения сварного соединения при кратковременном и длительном нагружении. Выявлена роль G-фазы в зарождении и распространении трещин в структуре сплава. Установлено образование интерметаллидной G-фазы при сварке в структуре сплава в зоне термического влияния, что приводит к снижению длительной прочности сварного соединения из сплава HP40NbTi по сравнению с основным металлом.

Ключевые слова


жаропрочные аустенитные сплавы; сварное соединение; микроструктура; фазовый состав; G-фаза; длительная прочность; механические свойства

Полный текст:

PDF

Литература


Hu B., Chen X., Liu C., Lian C., Chen T. Study on microstructure and properties of centrifugal casting 35Cr45NiNb + MA furnace tubes during service // Mater. High Temp. 2019. V. 36, Is. 6. P. 489 - 498.

Ghatak A., Robi P. S. High-temperature tensile properties and creep life assessment of 25Cr35NiNb micro-alloyed steel //j. Mater. Eng. Perform. 2016. V. 25, Is. 5. P. 2000 - 2007.

Garbiak M., Jasinski W., Piekarski B. Materials for reformer furnace tubes. History of evolution // Arch. Foundry Eng. 2011. V. 11, Is. 2. P. 47 - 52.

Рудской А. И., Орыщенко А. С., Кондратьев С. Ю. и др. Особенности структуры и длительная прочность литого жаропрочного сплава 45Х26Н33С2Б2 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 4(694). 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 // Met. Sci. Heat Treat. 2013. V. 55, No. 3 - 4. P. 209 - 215.]

Borjali S., Allahkaram S. R., Khosravi H. Effects of working temperature and carbon diffusion on the microstructure of high pressure heat-resistant stainless steel tubes used in pyrolysis furnaces during service condition // Mater. Des. 2012. V. 34. P. 65 - 73.

Kondrat'ev S. Y., Anastasiadi G. P., Ptashnik A. V., Petrov S. N. Kinetics of the high-temperature oxidation of heat-resistant statically and centrifugally cast HP40NbTi alloys // Oxid. Met. 2019. V. 91, Is. 1 - 2. P. 33 - 53.

Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P., Ptashnik A. V., Petrov S. N. Evolution of the microstructure and phase composition of a subsurface of cast HP-type alloy during a long-term high-temperature aging // Mater. Charact. 2019. V. 150. P. 166 - 173.

Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P., Ptashnik A. V., Petrov S. N. The mechanisms of scale and subsurface diffusion zone formation of heat-resistant HP40NbTi alloy at long-term high-temperature exposure // Materialia. 2019. V. 7, Art. 100427.

Анастасиади Г. П., Кондратьев С. Ю., Рудской А. И. Избирательное высокотемпературное окисление фаз в литом жаропрочном сплаве системы 25Cr - 35Ni - Si - Nb - C // Металловедение и термическая обработка металлов. 2014. № 8 (710). С. 3 - 8.@@Anastasiadi G. P., Kondrat'ev S. Yu., Rudskoy A. I. Selective high-temperature oxidation of phases in a cast refractory alloy of the 25Cr - 35Ni - Si - Nb - C system // Met. Sci. Heat. Treat. 2014. V. 56, No. 7 - 8. P. 403 - 408.

Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П., Рудской А. И. Наноструктурный механизм образования оксидной пленки в жаростойких сплавах на основе Fe - 25Cr - 35Ni // Металловедение и термическая обработка металлов. 2014. № 10(712). С. 15 - 20.@@Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P., Rudskoy A. I. Nanostructure mechanism of formation of oxide film in heat-resistant Fe - 25Cr - 35Ni superalloys // Met. Sci. Heat. Treat. 2015. V. 56, No. 9 - 10. P. 531 - 536.

Singhatham C., Eidhed K. The study of welding repair parameters of tube 35Cr - 45Ni - Nb alloy of the ethylene heating furnace // Appl. Mech. Mater. 2016. No. 848. P. 35 - 38.

Reihani A., Haghighi R. D. Failure analysis and weld ability improvement of 35 % Cr - 45 % Ni heat resistant alloy // Eng. Failure Anal. 2015. V. 52. P. 97 - 108.

Abbasi M., Park I., Ro Y. et al. Microstructural evaluation of welded fresh-to-aged reformer tubes used in hydrogen production plants // Eng. Failure Anal. 2018. V. 92. P. 368 - 377.

Guo J., Cao T., Cheng C. et al. Microstructure evolution and mechanical properties degradation of HPNb alloy after a five-year service // Mater. Res. Express. 2018. V. 5, Is. 4. 046509.

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, Is. 2. P. 117 - 122.

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 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 10(700). С. 7 - 14.@@Rudskoy A. I., Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P. et al. Transformation of the structure of refractory alloy 0.45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb during a long-term high-temperature hold // Met. Sci. Heat Treat. 2014. V. 55, No. 9 - 10. P. 517 - 525.

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.@@Rudskoi A. I., Anastasiadi G. P., Kondrat'ev S. Yu. et al. Effect of electron factor (number of electron holes) on kinetics of nucleation, growth, and dissolution of phases during long-term high- temperature holdings of 0.45C - 26Cr - 33Ni - 2Si - 2Nb superalloy // Phys. Met. Metallogr. 2014. V. 115, No. 1. P. 1 - 11.

Alvino A., Ramires D., Tonti A., Lega D. Influence of chemical composition on microstructure and phase evolution of two HP heat resistant stainless steels after long term plant-service aging // Mater. High Temp. 2014. V. 31, Is. 1. P. 2 - 11.

Talis A. L., Kraposhin V. S., Kondrat'ev S. Y. et al. Non-crystallographic symmetry of liquid metal, flat crystallographic faults and polymorph transformation of the M7C3 carbide // Acta Crystallogr. A. 2017. V. 73. P. 209 - 217.

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

Liu C. J., Chen Y. Variations of the microstructure and mechanical properties of HP40Nb hydrogen reformer tube with time at elevated temperature // Mater. Des. 2011. V. 32, Is. 4. P. 2507 - 2512.

Monobe L. S., Schцn 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, Is. 2. P. 195 - 251.

Allahkaram S. R., Borjali S., Khosravi H. Investigation of weldability and property changes of high pressure heat-resistant cast stainless steel tubes used in pyrolysis furnaces after a five-year service // Mater. Des. 2012. V. 33. P. 476 - 484.

Guglielmino E., Pino R., Servetto C., Sili A. Damage investigation on welded tubes of a reforming furnace // La MetallurgiaItaliana. 2015. V. 107, Is. 1. P. 53 - 58.

Reihani A., Razavi S. A., Abbasi E. et al. Failure analysis of welded radiant tubes made of cast heat-resisting steel //j. Fail. Anal. Prevent. 2013. V. 13, Is. 6. P. 658 - 665.

Guo J., Liu W., Li C., Zhang X. Microstructural characterization and mechanical behavior of Cr25Ni35NbM alloy dissimilar weld joint for application in a hydrogen reformer furnace // Metal. Res. Technol. 2020. V. 117, No. 6. Art. 612.

Attarian M., Taheri A. K., Jalilvand S. et al. Microstructural and failure analysis of welded primary reformer furnace tube made of HP-Nb micro alloyed heat resistant steel // Eng. Failure Anal. 2016. V. 68. P. 32 - 51.

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

Alvino A., Lega D., Giacobbe F. et al. Damage characterization in two reformer heater tubes after nearly 10 years of service at different operative and maintenance conditions // Eng. Failure Anal. 2010. V. 17, Is. 7 - 8. P. 1526 - 1541.

Ribeiro A. F., Borges R. M. T., de Almeida L. H. Phase transformation in heat resistant steels observed by STEM (NbTi)C - NiNbSi (G-Phase) // Acta Microscopica. 2002. V. 11, Is. 1. P. 59 - 63.

Kondrat'ev S. Yu., 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 // Metall. Mater. Trans. A. 2017. V. 48, Is. 1. P. 482 - 492.

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 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2014. № 1(703). С. 3 - 8.@@Rudskoy A. I., Oryshchenko A. S., Kondrat'ev S. Yu. et al. Mechanisms and kinetics of phase transformations in refractory alloy 45Kh26N33S2B2 in long-term high-temperature holds. Part 1 // Met. Sci. Heat Treat. 2014. V. 56, No. 1 - 2. P. 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 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2014. № 3(705). 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 // Met. Sci. Heat Treat. 2014. V. 56, No. 3 - 4. P. 124 - 130.

Кондратьев С. Ю., Пташник А. В., Анастасиади Г. П., Петров С. Н. Анализ превращений карбидных фаз в сплаве 25Cr35Ni методом количественной электронной микроскопии // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 7(721). С. 36 - 43.@@Kondrat'ev S. Yu., Ptashnik A. V., Anastasiadi G. P., Petrov S. N. Analysis of transformations of carbide phases in alloy 25Cr35Ni by the method of quantitative electron microscopy // Met. Sci. Heat Treat. 2015. V. 57, No. 7 - 8. P. 402 - 409.

Кондратьев С. Ю., Анастасиади Г. П., Петров С. Н. и др. Морфологические характеристики карбидов хрома в жаропрочных сплавах HP40NbTi в литом состоянии и после высокотемпературной выдержки // Металловедение и термическая обработка металлов. 2016. № 1(727). С. 22 - 29.@@Kondrat'ev S. Yu., Anastasiadi G. P., Petrov S. N. et al. Morphological characteristics of chromium carbides in HP40NbTi refractory alloys in cast condition and after high-temperature holds // Met. Sci. Heat. Treat. 2016. V. 58, No. 1 - 2. P. 19 - 26].

Кондратьев С. Ю., Фукс М. Д., Фролов М. А., Петров С. Н. Анализ структуры, фазового состава и механических свойств трубного сварного соединения из жаропрочного сплава HP40NbTi // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. № 11(785). С. 21 - 31.

Chen Y., Dai X., Chen X., Yang B. The characterization of G-phase in Fe20Cr9Ni cast duplex stainless steel // Mater. Charact. 2019. V. 149. P. 74 - 81.

Ribeiro A. F., Borges R. M. T., de Almeida L. H. Phase transformation in heat resistant steels observed by STEM (NbTi)C - NiNbSi (G-Phase) // Acta Microscopica. 2002. V. 11, Is. 1. P. 59 - 63.

Ecob R. C., Lobb R. C., Kohler V. L. The formation of G-phase in 20/25 Nb stainless steel AGR fuel cladding alloy and its effect on creep properties //j. Mater. Sci. 1987. V. 22, Is. 8. P. 2867 - 2880.

Abbasi M., Park I., Ro Y., Ji Y., Ayer R., Shim J.-H. G-phase formation in twenty-years aged heat-resistant cast austenitic steel reformer tube // Mater. Charact. 2019. V. 148. P. 297 - 306.

Ibaсez 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 // Mater. Charact. 1993. V. 30, Is. 4. P. 243 - 249.

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 // Mater. Charact. 2007. V. 58. P. 132 - 142.

Shi S., Lippold J. C. Microstructure evolution during service exposure of two cast, heat-resisting stainless steels HP-Nb modified and 20-32Nb // Mater. Charact. 2008. V. 59. P. 1029 - 1040.

Guo J., Zhang X., Li C. et al. Effects of W and Ce micro addition in filler metal on microstructure and creep strength of Cr35Ni45NbM alloy weld joint // Mater. Today Commun. 2021. V. 28. 102600.

Kargarnejad S., Abbasi-Chianeh V. Failure analysis of a burner ring made of 20Cr32NiNb alloy in gas turbine combustion chamber // Case Studies in Eng. Failure Anal. 2014. V. 2, Is. 2. P. 138 - 143.

Yan J., Gu Y., Dang Y. et al. Effect of carbon on the microstructure evolution and mechanical properties of low Si-containing centrifugal casting 20Cr32Ni1Nb alloy // Mater. Chem. Phys. 2016. V. 175. P. 107 - 117.

Vachй N., Steyer P., Duret-Thual C. et al. Microstructural study of the NbC to G-phase transformation in HP-Nb alloys // Materialia. 2020. V. 9. 100593.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2022.1.33-43

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2025