ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ И ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЗОНАХ ЛОКАЛИЗАЦИИ ДЕФОРМАЦИИ ОБРАЗЦОВ ИЗ ТЕПЛОУСТОЙЧИВОЙ СТАЛИ

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 = c_пл, s_Л ≥ s_д, 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.

1. Клюев В. В. Деградация диагностики без-опасности. Москва: Издательский дом «Спектр». 2012:128. EDN: SFDDCN.

2. 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.

3. 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/S0040601510010015

4. Зуев 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.

5. 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/10.1063/1.4966328

6. Gorbatenko V.V., Danilov V.I., Zuev L.B. Elastoplastic transition in material with sharp yield point. AIP Conference Proceedings. 2015; 1683:020058.

7. https://doi.org/10.1063/1.4932748

8. Смирнов 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.

9. 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.

10. https://doi.org/10.3390/met11101638

11. Козлов 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.

12. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей. Москва: Металлур-гия. 1982:182

13. 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.

14. 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.

15. 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.2010.09.031

16. Zuev 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/S0021894417020171

17. Danilov, 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/S0967091218020031

18. Konovalov 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/ma13204567

19. Утевский Л.М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. Москва: Металлургия.1973:584.

20. 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.

21. https://doi.org/10.3103/S0967091214120067

22. Popova 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.

23. https://doi.org/10.1007/s11182-020-01908-9

24. 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.

25. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.12.081