blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2016-12-903-909blackmet-988Research ArticleСТАЛИ ОСОБОГО НАЗНАЧЕНИЯSUPERDUTY STEELОЦЕНКА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЯХ АУСТЕНИТНОЙ ХРОМОМАРГАНЦЕВОЙ ЖАРОПРОЧНОЙ СТАЛИESTIMATION OF THE STRESS STATE AT ELASTIC-PLASTIC DEFORMATION OF AUSTENITIC CHROMIUM-MANGANESE HEAT-RESISTANT STEELЛюбимоваЛ. Л.LyubimovaL. L.

634050, Томск, пр. Ленина, 30

к.т.н., доцент, доцент кафедры «Парогенераторостроение и парогенераторные установки»

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Steam Generators Design and Units”

lll@tpu.ruМакеевА. А.MakeevA. A.

634050, Томск, пр. Ленина, 30

к.т.н., доцент

Cand. Sci. (Eng.)

ЗаворинА. С.ZavorinA. S.

634050, Томск, пр. Ленина, 30

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Парогенераторостроение и парогенераторные установки» 

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair “Steam Generators Design and Units”

zavorin@tpu.ruТашлыковА. А.TashlykovA. A.

634050, Томск, пр. Ленина, 30

к.т.н., доцент кафедры «Парогенераторостроение и парогенераторные установки»

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Steam Generators Design and Units”

tashlykov@tpu.ruНациональный исследовательский Томский политехнический университетРоссияNational Research Tomsk Polytechnic UniversityRussian Federation2016160120175912903909Copyright © Любимова Л.Л., Макеев А.А., Заворин А.С., Ташлыков А.А., 20172017Любимова Л.Л., Макеев А.А., Заворин А.С., Ташлыков А.А.Lyubimova L.L., Makeev A.A., Zavorin A.S., Tashlykov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/988

Реализованы подходы к диагностике зарождения и развития повреждаемости стали энергетического оборудования на микро- и субмикроуровне, что требует учета специальных параметров, отражающих индивидуальные свойства материала, и введения в анализ процессов, протекающих в элементах оборудования, параметров субструктуры. К таким параметрам отнесены период кристаллической решетки и внутренние структурные напряжения I и II рода. Приведены результаты оценки напряженного состояния при упруго-пластическом деформировании аустенитной хромомарганцевой стали. Показано, что процесс циклического деформирования сопровождается осцилляцией внутренних напряжений в области работоспособных состояний, лимитированной кривыми упрочнения – разупрочнения. Результаты проанализированы с точки зрения установления характерных признаков предразрушения. Приведен комплекс отличительных признаков и параметр материала, ниже которого трещины в области деформаций между линией упрочнения и разупрочнения не активны.Представлены результаты металлографических исследований поврежденного металла, совпадающие с выводами рентгенодиагностики.

The paper is devoted to the realization of the diagnostic of origin and development of the steel damage of energy equipment at microand submicrolevels. It requires taking into account special parameters, reflecting individual properties of the material, as well as the introduction into the analysis of the processes, which one can observe in the elements of the equipment, and the parameters of substructure. Such parameters are the period of crystal lattice and inner structural states of the Ist and IInd kind. The authors also give the results of the essence of stress states at elastic plastic deformation of austenitic chromiummanganese steel. It has been shown that the processes of cyclic deformation are accompanied by the oscillation of inner states in the sphere of functioning states, limited by the curve of hardening-softening. The results have been analyzed from the point of view of the establishment of the characteristic features of preliminary fracture. The article gives the complex of distinguishing features and the material parameters, under which fractions in the area of deformation among the lines of hardening and softening are not active. The paper presents the results of metallographic research of the destroyed metal, matching with the conclusions of X-ray diagnostics.

стальпериод кристаллической решеткиупруго-пластическое деформированиевнутренние структурные напряжения I и II родарелаксацияразрушениеsteelperiod of crystal latticeelastic plastic deformationinner structural states of the Ist and IInd kindrelaxationdeformationReferencesБугай Н.В., Березина Т.Г., Трунин И.И. Работоспособность и долговечность металла энергетического оборудования. – М.: Энергоатомиздат, 1994. – 272 с.Bugai N.V., Berezina T.G., Trunin I.I. Rabotosposobnost’ i dolgovechnost’ metalla energeticheskogo oborudovaniya [Metal workability and durability of energy equipment]. Moscow: Energoatomizdat, 1994, 272 p. (In Russ.).Достижения науки о коррозии и технологии защиты от нее. Коррозионное растрескивание металлов / Под ред. М. Фонтана, Р. Стейла; пер. с англ. под ред. В.С. Синявского. – М.: Металлургия, 1985. – 488 с.Dostizheniya nauki o korrozii i tekhnologii zashchity ot nee. Korrozionnoe rastreskivanie metallov [Achievements in science on corrosion and its protection. Metal stress corrosion cracking]. Fontan M., Staehle R. eds; translated from Eng. Moscow: Metallurgiya, 1985, 488 p. (In Russ.).Makeev A.A., Lyubimova L.L., Zavorin A.S., Tashlykov A.A. Structural Instability in the Early Decomposition of Supersaturated Austenite Solid Solution // Steel in Translation. 2009. Vol. 39. No. 12. P. 1048 – 1055.Makeev A.A., Lyubimova L.L., Zavorin A.S., Tashlykov A.A. Structural instability in the early decomposition of supersaturated austenite solid solution. Steel in Translation. 2009, vol. 39, no. 12, pp. 1048–1055.Lyubimova L.L., Makeev A.A., Tashlykov A.A., Zavorin A.S., Fisenko R.N. Assessing the Life of Boiler on the Basis of Anomalous Thermal Deformation of Its Crustal Lattice // Steel in Translation. 2014. Vol. 44. No. 2. P. 117 – 122.Lyubimova L.L., Makeev A.A., Tashlykov A.A., Zavorin A.S., Fisenko R.N. Assessing the life of boiler on the basis of anomalous thermal deformation of its crustal lattice. Steel in Translation. 2014, vol. 44, no. 2, pp. 117–122.Lyubimova L.L., Makeev A.A., Zavorin A.S., Tashlykov A.A., Artamontsev A.I., Lebedev B.V., Fisenko R.N. Consideration of Intrastructural Stresses in the Processes Connected with the Effect of Structural Nonuniformity on Corrosion Damages Inflicted to Heatt Transfer Tubes // Thermal Engineering. 2014. Vol. 61. No. 8. P. 600 – 605.Lyubimova L.L., Makeev A.A., Zavorin A.S., Tashlykov A.A., Artamontsev A.I., Lebedev B.V., Fisenko R.N. Consideration of infrastructural stresses in the processes connected with the effect of structural nonuniformity on corrosion damages inflicted to heat transfer tubes. Thermal Engineering. 2014, vol. 61, no. 8, pp. 600–605.Паршин А.М. Сопротивляемость радиационному распуханию и охрупчиванию аустенитных хромоникелевых дисперсионно-твердеющих растворноупрочняемых сталей и сплавов с различным содержанием никеля. – В кн.: Сборник научных трудов. – Л.: изд. ЛПИ, 1984. С. 3 – 13.Parshin A.M. Resistance to radiation swelling and embrittlement of austenite chromium-nickel dispersion-hardened solution-hardened steels and alloys with the different content of nickel. In: Sbornik nauchnykh trudov [Collected scientific papers]. Leningrad: LPI, 1984, pp. 3–13. (In Russ.).Вотинов С.Н., Кондратьев В.П., Речицкий В.Н. и др. Роль структурного фактора в радиационном упрочнении и охрупчивании хромоникелевой стали и никелевых сплавов // Физика и химия обработки материалов. 2002. № 1. С. 19 – 26.Votinov S.N., Kondrat’ev V.P., Rechitskii V.N., Krasina T.A., The role of the structure in radiation strengthening and embrittlement of chromium-nickel steel and nickel alloys. Fizika i Khimiya Obrabotki Materialov. 2002, no. 1, pp. 19–26. (In Russ.).Асташов С.Е., Козманов Е.А., Огородов А.Н. и др. Основные результаты первичных послереакторных исследований ТВС реактора БН-600. – В кн.: Исследования конструкционных материалов элементов активной зоны быстрых натриевых реакторов: Сб. науч. тр. – Екатеринбург: УрО РАН, 1994. С. 48 – 84.Astashov S.E., Kozmanov E.A., Ogorodov A.N., Roslyakov B.F., Main results of primary post-irradiation researches of TVS reactor БН-600. In: Issledovaniya konstruktsionnykh materialov elementov aktivnoi zony bystrykh natrievykh reaktorov: Sb. nauch. tr. [Researches of structural materials of the active zone elements of the fast sodium reactors: Collected scientific papers]. Ekaterinburg: UrO RAN, 1994, pp. 48–84. (In Russ.).Чуев В.В., Ланских В.Н., Огородов А.Н., Шейнкман А.Г. Работоспособность ТВС быстрых реакторов. – В кн.: Исследования конструкционных материалов элементов активной зоны быстрых натриевых реакторов: Сб. науч. тр. – Екатеринбург: УрО РАН, 1994. С. 85 – 140.Chuev V.V., Lanskikh V.N., Ogorodov A.N., Sheinkman A.G. Worka bility of TVS of fast reactors. In: Issledovaniya konstruktsionnykh materialov elementov aktivnoi zony bystrykh natrievykh reaktorov: Sb. nauch. tr. [Researches of structural materials of the active zone elements of fast sodium reactors: Collected scientific papers]. Ekaterinburg: UrO RAN, 1994, pp. 85–140. (In Russ.).Копельман Л.А. Сопротивляемость сварных узлов хрупкому разрушению. – Л.: Машиностроение, 1978. – 232 с.Kopel’man L.A. Soprotivlyaemost’ svarnykh uzlov khrupkomu razrusheniyu [Resistance of welded nodes to the brittle fracture]. Lenin grad: Mashinostroenie, 1978, 232 p. (In Russ.).Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. – М.: Металлургия, 1986. – 224 с.Rybin V.V. Bol’shie plasticheskie deformatsii i razrushenie metallov [High plastic deformations and metal destruction]. Moscow: Metallurgiya, 1986, 224 p. (In Russ.).Wei Q., Jiao T., Ramesh K.T. Mechanical behavior and dynamic failure of high-strength ultrafine grained tungsten under uniaxial compression //Acta Mater. 2006. No. 54. P. 77 – 87.Wei Q., Jiao T., Ramesh K.T. Mechanical behavior and dynamic failure of high-strength ultrafine grained tungsten under uniaxial compression. Acta Mater. 2006, no. 54, pp. 77–87.Вайнман А.Б., Школьникова Б.Э., Смиян О.Д., Жабров А.В. Механизмы и причины «нетрадиционных» повреждений труб пароперегревателей котлов энергоблоков сверхкритического давления // Электрические станции. 2010. № 7. С. 15 – 32.Vainman A.B., Shkol’nikova B.E., Smiyan O.D., Zhabrov A.V. Mechanisms and reasons of “not-traditional” superheater pipe damages of ladles of the supercritical pressure power units. Elektricheskie stantsii. 2010, no. 7, pp. 15–32. (In Russ.).Хапонен Н.А., Шевченко П.Н., Рассохин Г.И. Микроповрежденность как критерий оценки состояния металла и остаточного ресурса паропроводов ТЭС // Безопасность труда в промышленности. 2004. № 5. С. 42 – 44.Khaponen N.A., Shevchenko P.N., Rassokhin G.I. Microdamage as the essence criteria of metal state and residual resource of TPP steamlines. Bezopasnost’ truda v promyshlennosti. 2004, no. 5, pp. 42–44. (In Russ.).Friedel J., Gullity B.D., Crussard C. Study of the surface tension of a grain boundary in a metal as a function of the orientation of the two grains which the boundary separates // Acta Met. 1953. Vol. 1. P. 79 – 92.Friedel J., Gullity B.D., Crussard C. Study of the surface tension of a grain boundary in a metal as a function of the orientation of the two grains which the boundary separates. Acta Met., 1953, vol. 1, pp. 79–92.Иванова В.С. Разрушение металлов. Достижения отечественного металловедения. – М.: Металлургия, 1979. – 168 с.Ivanova V.S. Razrushenie metallov. Dostizheniya otechestvennogo metallovedeniya [Metal destruction. Achievements of physical metallurgy in Russia]. Moscow: Metallurgiya, 1979, 168 p. (In Russ.).Регель В.Р., Слуцкер А.И., Тамашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. – М.: Наука, 1974. – 560 с.Regel’ V.R., Slutsker A.I., Tamashevskii E.E. Kineticheskaya priroda prochnosti tverdykh tel [Kinetic nature of the strength of solids]. Moscow: Nauka, 1974, 560 p. (In Russ.).Абдурашитов А.Ю., Георгиев М.Н., Межова Н.Я., Рейхарт В.А. К методике оценки остаточных напряжений в железнодорожных рельсах // Заводская лаборатория. 1991. № 4. С. 57, 58.Abdurashitov A.Yu., Georgiev M.N., Mezhova N.Ya., Reikhart V.A. On the methods of the essence of residual voltage in rails. Zavodskaya laboratoriya. 1991, no. 4, pp. 57–58. (In Russ.).Барахтин Б.К., Макаров В.В., Петров П.П. Распространение усталостной трещины в низкоуглеродистой мартенситной стали // Заводская лаборатория. 1991. № 3. С. 30 – 32.Barakhtin B.K., Makarov V.V., Petrov P.P. Distribution of a fatigue crack in low-carbon martensitic steel. Zavodskaya laboratoriya. 1991, no. 3, pp. 30–32. (In Russ.).Любимова Л.Л., Макеев А.А., Заворин А.С., Ташлыков А.А. Применение рентгенометрии в исследованиях структурной неоднородности труб поверхностей нагрева // Тяжелое машиностроение. 2014. № 7. С. 18 – 22.Lyubimova L.L., Makeev A.A., Zavorin A.S., Tashlykov A.A. Usage of roentgenometry in the research of structural heterogeneity of pipes of heating surfaces. Tyazheloe mashinostroenie. 2014, no. 7, pp. 18–22. (In Russ.).Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. – М.: Альянс, 2014. – 624 с.Darkov A.V., Shpiro G.S. Soprotivlenie materialov [Material resistance]. Moscow: Al’yans, 2014, 624 p. (In Russ.).

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