Трубы для теплоэнергетики

Трубы для котлов и паропроводов работают в тяжелых условиях высоких температур (540— 600 °С) и давлений (25 МПа), поэтому одно из основных требований к ним — высокая дли­тельная прочность при достаточной длительной пластичности. Расчетный срок службы труб 100000 ч.

В энергомашиностроении применяют горяче­катаные бесшовные и холоднодеформирован­ные (катаные и тянутые) трубы размером от 10X2,0 мм до 465´60 мм, изготовляемые из сталей перлитного, ферритного и аустенитного классов (ТУ 14-3-460—75 и ТУ 14-3-420—75).

Требования по структуре, механическим свойствам (табл. 35.8) и длительной прочности (табл. 35.9) обеспечиваются химическим соста­вом стали и режимом термообработки.

Для труб, имеющих феррито-перлитную структуру, применяется (табл. 35.10) нормали­зация (стали 20, 15ГС) и нормализация с от­пуском (стали 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 12Х11В2МФ), а для стали 12Х18Н12Т—аустенитизация с охлаждением на воздухе (в воде).

Горячедеформированные трубы из стали марки 20 и 15ГС могут поставляться с прокат­ного нагрева. Трубы из стали марки 15ХМ всех диаметров и стали 12Х1МФ диаметром 140 мм и менее разрешается нормализовать с прокатного нагрева, при этом температура конца прокатки должна находиться в интерва­ле: для стали марки 15ХМ 900—960 °С и стали марки 12Х1МФ 950—990 °С. В этом случае трубы подвергаются только отпуску по режи­му, указанному в табл. 10. Возможность обра­ботки труб с прокатного нагрева из стали других марок и других размеров устанавливается соглашением сторон.

Особенно чувствительны к условиям терми­ческой обработки (температуре и скорости охлаждения после нормализации) перлитные хромомолибденованадиевые стали, при отпуске которых протекают процессы диспер­сионного твердения. Интервал средних скоро­стей охлаждения труб при нормализации в за­висимости от толщины стенки составляет 0,05—0,13 °С/с. С повышением температуры нормализации и снижением температуры отпуска ударная вязкость уменьшается (рис. 35.23). Поэтому температура нагрева под норма­лизацию труб из этих сталей должна быть не выше 980—1000 °С, а отпуска — не ниже 720— 730 °С.

Таблица 35.8

Нормы механических свойств котельных труб (продольные образцы)

Марка стали	sв, МПа	sт, МПа, при t °С	d5, %	y, %	KCU, МДЖ/м^2
15ГС 15ХМ 12Х1МФ 15Х1М1Ф 12Х2МФСР 12Х11В2МФ 12Х18Н12Т	411—549 441—637 441—637 490—686		¾ ¾ ¾ ¾ ¾	¾ ¾	¾ ¾		¾ ¾	0,49 0,59 0,59 0,59 0,49 ¾ ¾ ¾
Примечание. Сталь 12Х11В2МФ имеет твердость НВ £ 255, 12Х18Н12Т £ 200

Таблица 35.9

Нормы длительной прочности котельных труб (продольные образцы)

Марка стали	Предел делительной прочности за 100000 ч, МПа, при t °С
12Х1МФ 15Х1М1Ф 12Х2МФСР 12Х18Н12Т 12Х11В2МФ	(166) (176) (152) ¾ ¾	¾ ¾	¾ ¾ ¾ (147) ¾	78,4 84,3 76,5 ¾ ¾	¾ ¾ ¾ ¾	¾ ¾ ¾	¾ ¾	¾ ¾ ¾ ¾ (54)	¾ ¾ ¾ (29,5)	¾ ¾ ¾ 29,5 ¾
Примечание. В скобках ¾ значения, подлежащие дополнительной проверке и уточнению

Таблица 35.10

Режимы термической обработки котельных труб (по ТУ 14-3-460-75)

Марка стали	Температура нагрева, °С	Длительность выдержки при отпуске, ч (не менее)
нормализация	отпуск
15ГС 15ХМ 12Х1МФ 15Х1М1Ф 12Х2МФСР 12Х11В2МФ 12Х18Н12Т	920—950 900—930 930—960 950—980 970—1000 970—1000 1020—1050 1100—1200	¾ ¾ 680—730 720—750 730—760 750—780 750—780 ¾	¾ ¾ ¾ 1¾3 ¾
Примечания: 1. Трубы из стали всех марок охлаждают на воздухе; допускается охлаждение труб из стали 12Х1МФ и 15Х1М1Ф (при толщине стенки более 15 мм) вентиляторным воздухом, а из стали I2X18H12T —в воде. 2. Для стали 15Х1М1Ф при тол­щине стенки труб менее 15 мм длительность выдерж­ки должна быть не менее 5 ч.

Рис. 35.23. Изменение ударной вязкости в зависимо­сти от скорости охлаждения

из аустенитной обла­сти: а —сталь 12Х1МФ, 950 °С; б — 12Х1МФ, 1050 °С; 1 — без отпуска; 2 — после отпуска при 500 °С; 3— то же, при 750 °С

Основной эксплуатационный показатель это­го вида труб — длительная прочность (рис. 35.24) —существенно зависит от структу­ры стали. Самый низкий уровень длительной прочности достигается при анормальной струк­туре (феррит с выделениями карбидов по грани­цам зерен), образованию которой способствует отпуск при температурах, близких к Ас ₁с большой выдержкой. Поэтому длитель­ность выдержки при отпуске для труб из стали 12Х1МФ сокращена до 1—3 ч. Аналогичная структура, также отнесенная к числу брако­вочных, образуется в случае перегрева при от­пуске выше Ас ₁. Как видно из рис. 35.24, обра­зование после нормализации преимущественно ферритной структуры (с малым процентом перлита) приводит после отпуска к получению структуры с минимальной длительной проч­ностью. Нормируемые ТУ (см. табл. 35.9) зна­чения длительной прочности могут быть обес­печены при наличии в структуре стали участ­ков отпущенного бейнита (около 30 %).

Режим термической обработки труб из ста­ли 12Х1МФ и 15Х1М1Ф корректируют также в зависимости от способа выплавки. Так, для труб из стали марки 12Х1МФ, выплавленной в электропечах, разрешается повысить темпе­ратуру нормализации до 1030 °С и снизить температуру отпуска до 700 °С с выдержкой не менее 1 ч; для труб из стали марки 15Х1М1Ф — повысить температуру нормализа­ции до 1070 °С.

Рис. 35.24. Зависимость длительной прочности метал­ла труб из стали 12Х1МФ от структуры:

I ¾ 85% Ф. 15% П; II — 80Ф, 20П; III — 70Ф, ЗОП; IV — 55Ф, 25П, 20Б; V — 95Б; 5Ф;

VI — 100Б; VII — 90Б, 10М; VIII — 85Б, I5M

Для увеличения работоспособности труб до 200000 ч длительная прочность их должна быть на 10—15 % выше норм ТУ. Достичь это­го можно применением ускоренного охлажде­ния труб при нормализации, поскольку макси­мумдлительной прочности (см. рис. 35.26) приходится примерно на скорость охлаждения 11,7 °С/с, что соответствует бейнитной структу­ре. В СССР разработан и опробован режим прерванного охлаждения паропроводных и коллекторных труб, результаты промыш­ленного опробования которого свидетельствуют о значительном повышении длительной прочно­сти (табл. 35.11).

Дата добавления: 2015-06-27