vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2024-1(47)-135-141vsgiu-91Research ArticleРаздел 2. Металлургия и материаловедениеSection 2. Metallurgy and Materials ScienceИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ И ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЗОНАХ ЛОКАЛИЗАЦИИ ДЕФОРМАЦИИ ОБРАЗЦОВ ИЗ ТЕПЛОУСТОЙЧИВОЙ СТАЛИSTUDY OF STRUCTURAL-PHASE STATE AND INTERNAL STRESSES IN ZONES OF DEFORMATION LOCALIZATION OF HEAT-RESISTANT STEEL SAMPLEShttps://orcid.org/0000-0003-0794-8040АбабковНиколай ВикторовичAbabkovNikolai V.

к.т.н., доцент, заведующий кафедрой технологий машиностроения

Cand. Sci. (Eng.), Associate Prof., Head of the Department of Mechanical Engineering Technologies

ababkovnv@kuzstu.ruКузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. ГорбачеваРоссияT.F. Gorbachev Kuzbass State Technical UniversityRussian Federation20242503202401135141Copyright © Абабков Н.В., 20252025Абабков Н.В.Ababkov N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/91

Методом электронной микроскопии исследовали металлические образцы поврежденных и бывших в эксплуатации фрагментов паропроводов, изготовленных из теплоустойчивой стали марки 12Х1МФ, после деформации до образования зон устойчивой локализованной макродеформации. Исследовали не эксплуатированные образцы, образцы после эксплуатации без повреждений, а также образцы после разрушения в результате длительной эксплуатации. Для каждого образца был определен фазовый состав (качественный и количественный); рассчитаны следующие структурные параметры: объемные доли структурных составляющих стали; скалярная плотность rдислокаций; избыточная плотность r± дислокаций; кривизна-кручение кристаллической решетки c; амплитуды внутренних напряжений (сдвиговых и дальнодействующих). Все количественные микроструктурные параметры определяли как для каждого структурного компонента стали, так и для образца в целом. Структура всех исследованных образцов металла в зонах устойчивой локализованной макродеформации представлена ферритом и перлитом, при этом для образцов после разрушения в процессе длительной эксплуатации только из фрагментированного и нефрагментированного феррита. Были рассчитаны соотношения r ≥ r±, c = cпл, sЛ ≥ sд, которые указывают на то, есть ли опасность появления микротрещин. Для образцов без эксплуатации и после эксплуатации без повреждений в зонах устойчивой локализованной макродеформации рассматриваемые условия выполняются, а для образцов после разрушения в результате длительной эксплуатации нет. Выявлено, что при длительной эксплуатации стали происходит изменение фазового состава и тонкой структуры металла, заключающиеся в увеличении содержания феррита и уменьшении количества перлита, а также в росте плотности дислокаций и кривизны-кручения кристаллической решетки. Длительная эксплуатация стали в условиях высоких температур и давлений приводит к постепенному изменению ее свойств и структуры, что может привести к снижению надежности и безопасности эксплуатации паропроводов.

A study of metal samples from exploited and damaged sections of steam pipelines made of 0.12С-1Сr-1Mo-1V steel after deformation to the formation of zones of stable localization of deformations by the method of electron microscopy was carried out. Specimens without exploitation, after exploitation, but not damaged, and specimens after exploitation before destruction were investigated. As a result of the studies carried out for each sample, the phase composition was determined (qualitatively and quantitatively), and the following parameters of the fine structure were calculated: volume fractions of structural components of steel, scalar r and excess r± dislocation density, curvature-torsion of the crystal lattice c, amplitude of internal stresses (shear stress and long-range stresses). All quantitative parameters of the fine structure are determined both in each structural component of steel, and in general for each sample. The structure of the metal of all specimens after deformation before the formation of zones of stable localization of deformations consists of a ferrite-pearlite mixture, and for specimens after operation before fracture only of unfragmented and fragmented ferrite. Ferrite, which occupies the bulk of the material, is present both unfragmented and fragmented. For all samples, the ratios r ≥ r±, c = cpl, sL ≥ sd were calculated, which indicate whether there is a danger of the initiation of microcracks in metal samples. For specimens without operation and after operation without damage in zones of stable localization of deformations, these conditions are met, and for specimens after operation until destruction they are not met.

структурно-фазовое состояниеполя внутренних напряженийплотность дислокацийзона локализации деформациидлительная эксплуатациятеплоустойчивая стальstructural-phase stateinternal stress fieldsdislocation densitydeformation localization zonelong-term operationheat-resistant steelReferencesКлюев В. В. Деградация диагностики без-опасности. Москва: Издательский дом «Спектр». 2012:128. EDN: SFDDCN.Klyuev V.V. Degradation of safety diagnos-tics. Moscow: Izdatel'skii dom «Spektr». 2012:128. EDN: SFDDCN. (In Russ.).Багмутов В.П., Белов Е.Г., Божко И.А., Бу-довских Е.А., Ващук Е.С. и др. Структурно-фазовые состояния перспективных метал-лических материалов. Новокузнецк: Изд-во НПК. 2009:613. EDN: SNBGKB.Bagmutov V.P., Belov E.G., Bozhko I.A., Budovskikh E.A., Vashchuk E.S. and others . Structural and phase states of promising me-tallic materials. Novokuznetsk: Izd-vo NPK. 2009:613. EDN: SNBGKB. (In Russ.).Rezinskikh V.F., Grin’ E.A. Reliability and safety of thermal power stations in Russia at the present stage: problems and future objec-tives. Thermal Engineering. 2010;57:1–8. https://doi.org/10.1134/S0040601510010015Rezinskikh V.F., Grin’ E.A. Reliability and safety of thermal power stations in Russia at the present stage: problems and future objec-tives. Thermal Engineering. 2010;57:1–8. https://doi.org/10.1134/S0040601510010015Зуев Л. Б., Данилов В.И., Баранникова С.А., Плосков Н.А. О природе упругопластиче-ского инварианта деформации. Журнал технической физики. 2018;88(6):855–859.Zuev L.B., Danilov V.I., Barannikova S.A., Ploskov N.A. On the nature of the elasto-plastic invariant of deformation. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2018;88(6):855–859. (In Russ.).Danilov V.I., Gorbatenko V.V., Zuev L.B. On the kinetics of mobile Chernov–Luders band fronts. AIP Conference Proceedings. 2016;1783:020035. https://doi.org/10.1063/1.4966328Danilov V.I., Gorbatenko V.V., Zuev L.B. On the kinetics of mobile Chernov–Luders band fronts. AIP Conference Proceedings. 2016;1783:020035. https://doi.org/10.1063/1.4966328Gorbatenko V.V., Danilov V.I., Zuev L.B. Elastoplastic transition in material with sharp yield point. AIP Conference Proceedings. 2015; 1683:020058.Gorbatenko V.V., Danilov V.I., Zuev L.B. Elastoplastic transition in material with sharp yield point. AIP Conference Proceedings. 2015; 1683:020058.https://doi.org/10.1063/1.4932748https://doi.org/10.1063/1.4932748Смирнов А.Н., Абабков Н.В., Глинка А.С., Логов А.Б. Акустические и физико-механические показатели теплоустойчивой стали в окрестности трещины. Упрочняю-щие технологии и покрытия. 2011;10:40–45.Smirnov A.N., Ababkov N.V., Glinka A.S., Logov A.B. Acoustic and physico-mechanical properties of heat-resistant steel in the vicinity of the crack. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya. 2011;10:40–45. (In Russ.).Ababkov N., Smirnov A., Danilov V., Zuev L., Popova N., Nikonenko E. Structural-phase state, mechanical properties, acoustic and magnetic characteristics in the sustainable de-formation localization zones of power equip-ment made of structural and heat resistant steels. Metals. 2021;11(10):1638.Ababkov N., Smirnov A., Danilov V., Zuev L., Popova N., Nikonenko E. Structural-phase state, mechanical properties, acoustic and magnetic characteristics in the sustainable de-formation localization zones of power equip-ment made of structural and heat resistant steels. Metals. 2021;11(10):1638.https://doi.org/10.3390/met11101638https://doi.org/10.3390/met11101638Козлов Э.В., Тришкина Л.И., Попова Н.А., Конева Н.А. Место дислокационной физики в многоуровневом подходе к пластической деформации. Физическая мезомеханика. 2011;14(3):95–110.Kozlov E.V., Trishkina L.I., Popova N.A., Koneva N.A. The place of dislocation physics in a multi-level approach to plastic defor-mation. Fizicheskaya mezomekhanika. 2011;14(3):95–110. (In Russ.).Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей. Москва: Металлур-гия. 1982:182Pikering F. B. Physical metallurgy and steel engineering. Moscow: Metallurgiya. 1982:182. (In Russ.).Смирнов А.Н., Козлов Э.В., Абабков Н.В., Купченко М.В. Современное методическое обеспечение для оценки состояния металла потенциально опасного оборудования. Часть 1. Микроскопия и рентгеноструктур-ный анализ. Вестник Кузбасского государ-ственного технического университета. 2010;4:62–68.Smirnov A.N., Kozlov E.V., Ababkov N.V., Kupchenko M.V. Modern methodological support for assessing the metal condition of potentially dangerous equipment. Part 1. Mi-croscopy and X-ray diffraction analysis. Vest-nik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tekhnich-eskogo universiteta. 2010;4:62–68. (In Russ.).Иванов Ю.Ф., Лычагин Д.В., Громов В.Е., Цел-лермаер В.В., Соснин О.В., Коваленко В.В, Ко-новалов С.В. Мезоскопическая субструкту-ра и электроимпульсное подавление уста-лостного разрушения. Физическая мезоме-ханика. 2000;1(3):103–108.Ivanov Yu.F., Lychagin D.V., Gromov V.E., Tsellermaer V.V., Sosnin O.V., Kovalenko V.V, Konovalov S.V. Mesoscopic substruc-ture and electrical pulse suppression of fatigue failure. Fizicheskaya mezomekhanika. 2000;1(3):103–108. (In Russ.).Danilov V.I., Orlova D.V., Zuev L.B. On the kinetics of localized plasticity domains emer-gent at the pre-failure stage of deformation process. Materials and Design. 2011;32:1554–1558. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2010.09.031Danilov V.I., Orlova D.V., Zuev L.B. On the kinetics of localized plasticity domains emer-gent at the pre-failure stage of deformation process. Materials and Design. 2011;32:1554–1558. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2010.09.031Zuev L.B. Chernov–Luders and Portevin–Le Chatelier deformations in active deformable media of different nature. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2017;58(2):328-334. https://doi.org/10.1134/S0021894417020171Zuev L.B. Chernov–Luders and Portevin–Le Chatelier deformations in active deformable media of different nature. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2017;58(2):328-334. https://doi.org/10.1134/S0021894417020171Danilov, V.I., Smirnov A.N., Gorbatenko V.V., Orlova D.V., Danilova L.V. Luders De-formation in Weld Joints. Steel in Translation. 2018;48(2):87–92. https://doi.org/10.3103/S0967091218020031Danilov, V.I., Smirnov A.N., Gorbatenko V.V., Orlova D.V., Danilova L.V. Luders De-formation in Weld Joints. Steel in Translation. 2018;48(2):87–92. https://doi.org/10.3103/S0967091218020031Konovalov S., Ivanov Y., Gromov V. Fatigue-induced evolution of AISI 310S steel micro-structure after electron beam treatment. Materials. 2020;13(20): 1–13. https://doi.org/10.3390/ma13204567Konovalov S., Ivanov Y., Gromov V. Fatigue-induced evolution of AISI 310S steel micro-structure after electron beam treatment. Mate-rials. 2020;13(20): 1–13. https://doi.org/10.3390/ma13204567Утевский Л.М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. Москва: Металлургия.1973:584.Utevskii L. M. Diffraction electron microscopy in metallography. Moscow: Metallurgi-ya.1973:584. (In Russ.).Gromov V.E, Yur’ev A.B., Morozov K.V., Ivanov Yu.F., Alsaraeva K. V. Structure, phase composition, and defect substructure of differentially quenched rail. Izvestiya. Ferrous metallurgy. 2014;44(12):883–885.Gromov V. E,. Yur’ev A. B., Morozov K. V., Ivanov Yu. F., Alsaraeva K. V. Structure, phase composition, and defect substructure of differentially quenched rail. Izvestiya. Ferrous metallurgy. 2014;44(12):883–885. https://doi.org/10.3103/S0967091214120067https://doi.org/10.3103/S0967091214120067Popova, N. A., Potekaev A. I., Nikonenko E. L., Klopotov A. A., Bayatanova L. B., Ni-konenko A. V., Kislitsin S. B. Phase Com-position and Thin Structure of Steel Surface after Plasma Electrolytic Carbonitriding. Rus-sian Physics Journal. 2020;62(10):1794–1800. https://doi.org/10.1007/s11182-020-01908-9Popova N.A., Potekaev A.I., Nikonenko E.L., Klopotov A.A., Bayatanova L.B., Nikonenko A.V., Kislitsin S.B. Phase Com-position and Thin Structure of Steel Surface after Plasma Electrolytic Carbonitriding. Russian Physics Journal. 2020;62(10):1794–1800.Kozlov, E. V., Popova N.A., Pekarskaya E.E., Koneva N.A., Zhdanov A.N. Subgrain struc-ture and internal stress fields in UFG materi-als: problem of Hall–Petch relation. Materials Science and Engineering: A. 2004;1–2:789–794. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.12.081https://doi.org/10.1007/s11182-020-01908-9https://doi.org/10.1007/s11182-020-01908-9Kozlov E.V., Popova N.A., Pekarskaya E.E., Koneva N.A., Zhdanov A.N. Subgrain structure and internal stress fields in UFG materials: problem of Hall – Petch relation. Materials Science and Engineering: A. 2004;1–2:789–794.Kozlov E.V., Popova N.A., Pekarskaya E.E., Koneva N.A., Zhdanov A.N. Subgrain structure and internal stress fields in UFG materials: problem of Hall – Petch relation. Materials Science and Engineering: A. 2004;1–2:789–794.https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.12.081https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.12.081

The authors declare that there are no conflicts of interest present.