zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2019-85-4-42-49zldm-966Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODSТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ ПАРОПРОВОДНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНО-ЛИТЫХ ТРУБ ИЗ СТАЛИ 15Х1М1ФCRACK RESISTANCE OF CENTRIFUGAL-CAST STEAM P I P E S MADE OF STEEL 1 5 K h l M l FГриньЕвгений АлексеевичGrinEvgeny A.E.A.Grin@vti.ruПеревезенцеваВасильевна ТатьянаPerevezentsevaTatyana V.TVPerevesentseva@vti.ruСаркисянВардан АветиковичSarkisyanVardan A.VASarkisyan@vti.ruВсероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт, МоскваРоссияAll-Russia Thermal Engineering Institute, MoscowRussian Federation2019150520198544249Copyright © Гринь Е.А., Перевезенцева В.Т., Саркисян В.А., 20192019Гринь Е.А., Перевезенцева В.Т., Саркисян В.А.Grin E.A., Perevezentseva T.V., Sarkisyan V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/966

Обоснована актуальность оценки характеристик трещиностойкости металла центробежнолитьгх (ЦБЛ) труб из стали 15Х1М1Ф. Отмечены характерные особенности исследуемого металла и приведена методика проведения испытаний на трещиностойкость. Исследованы три модификации металла ЦБЛ труб в исходном состоянии, отличающиеся степенью развития ликвационной неоднородности, и две модификации металла с примерно одинаковой степенью структурной неоднородности, отличающиеся сроками наработки в составе действующего оборудования. Показано, что уменьшение интенсивности ликвационного повреждения структуры металла практически не влияет на уровень его прочностных характеристик, но сопровождается повышением пластических свойств и ударной вязкости. Представлены результаты исследований трещиностойкости центробежно-литых труб из стали 15Х1М1Ф при статическом и циклическом нагружении, а также при длительном статическом нагружении в условиях высокотемпературной ползучести. Показано, что увеличение степени структурной неоднородности центробежно-литой стали оказывает негативное влияние на характеристики статической трещиностойкости; в меньшей мере это отражается на циклической трещиностойкости ЦБЛ стали и практически не влияет на ее трещиностойкость при ползучести. С увеличением продолжительности наработки металла в составе действующих паропроводов циклическая трещиностойкость незначительно уменьшается, в то время как характеристики длительной статической трещиностойкости существенно снижаются. Установлено, что сварные соединения паропроводов из центробежнолитых труб обладают существенно более низкой трещиностойкостью в условиях ползучести по сравнению с основным металлом. В результате статистической обработки экспериментальных данных получены кинетические диаграммы циклической и длительной статической трещиностойкости при ползучести ЦБЛ стали 15Х1М1Ф. Продемонстрированы результаты практического применения полученных характеристик трещиностойкости металла ЦБЛ труб для решения задач по обеспечению надежной эксплуатации паропроводов тепловых электростанций на стадии выработки остаточного ресурса.

Significance of assessing the characteristics of crack resistance of centrifugal-cast (CFC) tubes made of steel 15KhlMlF is substantiated. The characteristic features of the metal under study are considered along with the methodology of crack resistance tests. Three modifications of the metal of the CFC pipes in the initial state, that differ in the degree of developed segregational heterogeneity, and two modifications of the metal with almost the same degree of structural heterogeneity, which differ in the running time as a part of the operating equipment are studied. It is shown that a decrease in the intensity of the segregational damage of the metal structure has almost no effect on the level of the strength characteristics, but is accompanied by an increase in the plastic properties and toughness of the metal. We present the results of studying crack resistance of centrifugal-cast pipes (steel 15KhlMlF) under static, cyclic and prolonged static loading in conditions of high-temperature creep. It is shown that an increase in the degree of structural heterogeneity of the CFC steel adversely affects the characteristics of static crack resistance and cyclic crack resistance as well, but to a far lesser extent and has little if any effect on the crack resistance of the CFC steel at creep. Cyclic crack resistance slightly decreases with increase of the operating time of the metal in functioning pipelines, whereas the characteristics of the prolonged static crack resistance get worse significantly. It is shown that welded joints of the CFC pipelines have a substantially lower crack resistance under creep conditions compared to the base metal. Statistical processing of the experimental data is used to get kinetic diagrams of cyclic and prolonged static crack resistance of 15X1M1F CFC-steel in creep conditions. The results of practical applications of the obtained crack resistance characteristics of the metal of the CFC pipes are demonstrated with a focus on the problems of ensuring the reliable operation of the steam pipelines of thermal power plants at the end of their service lifetime.

паропроводы горячего промперегревацентробежно-литые трубыструктурная неоднородностьсварные соединениятрещиностойкостьскорость роста трещиныусталостьползучестьживучестьhot reheat steam pipelinescentrifugal cast tubesstructural heterogeneitywelded jointscrack resistancecrack growth ratefatiguecreepsurvivabilityReferencesР е з и н с к и х В. Ф., А н о х о в А . Е., Г р и н ь Е. А., Перевезенц е в а Т. В. Работоспособность и перспективы замены паропроводов горячего промперегрева из центробежно-литых труб после исчерпания ими ресурса / Электрические станции. 2011. № 8. С. 7 - 15.Rezinskikh V Е, Anokhov А. Е., Grin Е. А., Perevezentseva Т. V The operability and prospects of replacing the hot steam reheater of centrifugally cast tubes after exhausting their resource / Elektr. Stantsii. 2011. N 8. E 7 - 15 [in Russian].Г р и н ь Е. А . Возможности механики разрушения применительно к задачам прочности, ресурса и обоснования безопасной эксплуатации тепломеханического оборудования / Теплоэнергетика. 2013. № 1. С. 25 - 32.Grin E. A. Possibilities of fracture mechanics as applied to problems of strength, resource and justify the safe operation of thermomechanical equipment / Teploenergetika. 2013. N 1. P 25 - 32 [in Russian].РД 153-34.1-003-01 (РТМ-1С). Сварка, термообработка и контроль трубных систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте энергетического оборудования. — М.: ПИО ОБТ, 2001.RD 153-34.1-003-01 (RTM-1S). Welding, heat treatment and control of pipe systems of boilers and piping when assembling and repair of power equipment. — Moscow: PIO OBT, 2001 [in Russian].ГОСТ 25.506-85. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости раз рушения) при статическом нагружении. — М.: Госстандарт СССР, 1986.State Standard GOST 25.506-85. Methods of mechanical testing of metals. Characterization of crack resistance (fracture toughness) at static loading. — Moscow: Gosstandart SSSR, 1986 [in Russian].П и с а р е н к о Г. С , Н а у м е н к о В. П., В о л к о в Г. С. К определению коэффициента интенсивности напряжений в образце с боковыми пазами / Проблемы прочности. 1977. № 10. С. 5 - 10.Pisarenko G. S., Naumenko V. P., Volkov G. S. To the definition of the stress intensity factor in the specimen with side grooves / Probl. Prochn. 1977. N 10. E 5 - 10 [in Russian].Г р и н ь Е. А., А н о х о в А. Е. Анализ процесса развития разрушения стыкового сварного соединения паропровода ГПП блоков 800 МВт /Электрические станции. 2008. № 10. С. 29 - 35Grin E. A., Anokhov A. E. Analysis of the development process of the destruction of butt weld pipe UPF blocks 800 MW / Elektr. Stantsii. 2008. N 10. E 29 - 35 [in Russian].

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