ONE OF THE POSTS

Entdecken Sie einige unserer erfolgreichsten Projekte

 

To meet the growing worldwide demand for energy while preparing for the future.

Декокинг. Сигма-фаза. Вы спрашивали - мы отвечаем. Диалоги о жаропрочке.

Декокинг (декоксификация).   


    Реакционная печь является главным органом агрегата по переработке синтез-газа и состоит из сотен реакционных (катализаторных) труб.

    Образование кокса в реакционных трубах парового риформинга к сожалению неизбежно. Кокс оседает на поверхности центробежно литых труб,  уменьшая эффективную площадь поперечного сечения и создавая теплоизолирующий слой, нарушая эксплуатационные характеристики и физико-химические свойства реакционного оборудования. Повышение температуры может решить проблему, но затем приходит «час икс».

    Для увеличения межремонтных пробегов печи, уменьшения скорости науглероживания стенки трубы и повышения качества оборудования, устойчивости к воспримчивости ползучести материала, мы применяем максимально восокотехнологичные шаги, такие как, использование современных материалов с микролегированием, задерживающим ползучесть материала и  увеличивающим прочность на разрыв, расточка центробежнолитой трубы по внутреннему диаметру с повышенной чистотой Ra=2.5, отливка трубных участков до 6,5 метров длиной и сокращение количества сварочных соединений в змеевике и его реакционных трубах, применение самых современных сварочных материалов, предназначенных и разработанных именно для применяемых сплавов при отливке центробежнолитых труб. Мы имеем в арсенале высококвалифицированных сварщиков, способных выполнять швы даже ручные в полевых условиях, идентичные высокопроизводительным автоматам с почти отсутствующими внутренними затеканиями, которые отлично инспектируются рентгеном.


Сигма-фаза, как брак центробежнолитой трубы

на этапе ее производства.


     Жаропрочные стали типа 25Сr-20Ni обладают склонностью к образованию s-фазы. Уменьшение содержания хрома и кремния в стали 25Сr-20Ni и повышение содержания углерода способствует большей стойкости против образования s-фазы и растрескивания. Выделение s-фазы в хромоникелевых сталях увеличивает твердость и прочность при комнатных температурах и очень сильно уменьшает вязкость и пластичность, причем степень этого уменьшения зависит от количества s-фазы, величины ее частиц и их расположения. Таким образом, для предприятий эксплуатирующих реакционные трубы рекомендуется избегать применения жаропрочных хромоникелевых сталей типа 25Сr-20Ni, имеющих склонность к выделению s-фазы, в интервале температур ее выделения (650 – 850 °С). Кроме того, s-фаза обладает ограниченной растворимостью в a и g-твердых растворах и выделяется в хромоникелевых сталях (сплавах) при длительном нагреве или слишком медленном охлаждении при температурах ниже 900 °С.

    Таким образом, в процессе изготовления центробежнолитых труб (т.е. непосредственно после извлечения трубной заготовки из кокиля) мы избегаем условий, при которых охлаждаемая трубная заготовка будет находиться под внешним (дополнительным) термическим воздействием. Это может привести к замедлению скорости охлаждения трубы и будет способствовать  образованию s-фазы. При этом во избежание искусственного замедления охлаждения трубной заготовки, следует устранить любые условия контакта охлаждаемой трубной заготовки с какими либо выделяющими тепло элементами (конструкциями, оборудованием и т.п.). Выделение s-фазы в начале старения (в процессе длительной эксплуатации труб) по границам зерен сопровождается резким снижением ударной вязкости при комнатной и высоких температурах (650 - 850 °С).

                Проведенными исследованиями установлено также, что выделение s-фазы является одним из наиболее ощутимых факторов, влияющих на поведение реакционных труб в условиях эксплуатации: понижается предел ползучести металла, ухудшаются физические свойства и в конечном итоге снижается работоспособность реакционного оборудования. Таким образом, выявление и устранение причин медленного охлаждения металла центробежнолитых трубных заготовок в процессе их изготовления, избегание условий эксплуатации реакционного оборудования при температурах интенсивного выделения s-фазы позволит безаварийно эксплуатировать реакционное оборудование в течение длительного периода времени.

    Другой причиной «поражения» еще нового оборудования может быть его поставка с уже большим количеством s-фазы в металле, как следствие применения большого и недопустимого количества вторичного лома при шихтовке в литейном цехе. Какова история этого лома? Где он использовался? Делается это для снижения себестоимости и получения коммерческой выгоды, а товар поставляется под видом первоклассного продукта импортозамещения, в надежде, что данное инспектирование проводиться не будет. Ведь как правило, входной контроль делается лишь замером основных элементов, а не на количество «мусора» в материале.  


Сигма-фаза, как неизбежность.



    Значительное выделение сигма-фазы и межкристаллитная коррозия могут вызвать хрупкое разрушение металла. Выделение карбидов и перераспределение легирующих элементов приводят к уменьшению пластичности металла и его ударной вязкости. В аустенитных хромоникелевых сталях, содержащих молибден, также может иметь место выделение сигма-фазы, но в меньшей степени. Она не те так сильно образуется в сплавах, имеющих более высокое содержание никеля. В нестабилизированных аустенитных хромоникелевых сталях при рабочих температурах 450 – 750° С происходит выделение карбидной фазы. Хотя это не имеет особого значения с точки зрения сопротивления коррозии при рабочей температуре, в процессе остановки оборудования может иметь место межкристаллитная коррозия. Для борьбы с этим явлением хромоникелевые стали стабилизируют, вводя добавки ниобия или титана.

     Единственным радикальным средством устранения уже образовавшейся сигма - фазы является кратковременный нагрев до температур, при которых она становится неустойчивой и может растворяться в аустените. Так, сигматизированную сталь достаточно нагреть до 1000° С и выдержать в течение 2 - 4 часа, чтобы восстановить ее пластичность.

    Известно, что дефекты типа трещин в сварных соединениях образуются вследствие их механической и геометрической неоднородности на фоне конкурирующих процессов эволюции распределения сигма-фазы и карбидов различного состава. Обоснованы максимально возможные отбраковочные размеры по остаточной толщине труб и показана недопустимость смещения осей сопрягаемых при ремонте труб. Расположение ремонтных сварных швов вблизи калачей может приводить к образованию пластических шарниров.

    При эксплуатации печей отдельные трубы часто выходят из строя не только в результате местных перегревов стенок, вызываемых неравномерным облучением, но и вследствие образования сигма-фазы. В связи с хорошей сопротивляемостью стали, типа 1.4848, к эрозии трубы, из нее рекомендуется применять и выходные участки из печи. Вследствие указанных особенностей этой стали приварные калачи змеевика необходимо располагать непосредственно в топке, а не выносить их в специальную камеру, в которой температура стенок калачей может быть ниже 800° С. Кроме того, при размещении калачей змеевика вне топки, на наиболее холодных поверхностях будет происходить усиленное отложение кокса.

    Анализ микроструктуры образцов стали, отобранных из сварных соединений труб печи пиролиза показал, что изначальная структура аустенита с небольшим содержанием карбидов хрома в процессе эксплуатации претерпевает изменения. Сначала образуется сигма-фаза на фоне растворения карбидов хрома. В дальнейшем при эксплуатации наблюдается распад с образованием мелкой сетки карбидной эвтектики и сети микротрещин, что и приводит к резкому охрупчиванию металла сварного шва.

    В качестве процедуры выявления и количественной оценки сигма-фазы мы снова поддерживаем методы химического анализа, на основе битартрита калия, который рекомендуется для хромистых, хромоникелевых, вольфрамовых и других сталей. Травятся карбиды хрома и цементит, сигма-фаза окрашивается в коричневый цвет, аустенит в голубой или желтый, феррит окрашивается быстрее аустенита и приобретает цвет от желтого до коричневого. В результате травления выявляются границы зерен и дисперсные выделения второй фазы в хромоникелевых, хромоникельмарганцовистых, хромоникельтитановых, хромоникелькобальтовых, хромоникельмолибденовых и других жаропрочных сплавах в закаленном и состаренном состояниях.


сигма-фаза

   

    При сварке печных труб из аустенитных сталей большое внимание необходимо уделять удалению шлаковых включений из сварных швов, так как они играют роль центров кристаллизации для сигма-фазы. Чем больше неметаллических включений в шве, тем больше в нем ее образуется. Важным является технология сварки жаропрочных труб. Каждый профессиональный сварщик может многое рассказать о свариваемости металла того или иного производителя. Нельзя применять одинаковые режимы для сварки сплавов даже одного семейства, например 1.4848 и 1.4852. Каждый шов должен сопровождаться рентгеновскими снимками шва и околошовной зоны. А тестовые кольца труб каждой плавки должны быть тщательно проверены в лаборатории.

 

Статья написана с использованием материалов института ОАО «Вниинефтемаш» и аккредитованной лаборатории анализа металлов и сплавов «Промлаб».


Так же мы рекомендуем к прочтению нашу статью о методе проверки "мокрая химия" в предыдущей статье - "Ваше дело – «труба»? О том, как проверить то, что Вы купили."

А так же издание Коваленко В.С. Металлографические реактивы. Справочник [1981].