6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali pracuj cych w warunkach pełzania

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali pracuj cych w warunkach pełzania W poprzednich rozdziałach niniejszej monografii kolejno opisano zmiany własno ci mechanicznych i zmiany struktury badanych stali po eksploatacji w warunkach pełzania, a tak e przedstawiono przykłady aplikacji metod sztucznej inteligencji do wspomagania oceny stanu uszkodzenia stali pracuj cych w warunkach pełzania, na przykładzie wybranych gatunków stali niskostopowych: 16Mo3, 14MoV6-3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10 oraz wysokochromowej X20CrMoV11-1, jako najcz ciej lub niemal wył cznie dotychczas stosowanych w Polsce na elementy instalacji energetycznych, pracuj ce w warunkach pełzania, szczególn uwag zwracaj c na przedstawienie opisu procesu degradacji analizowanych stali podczas długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania, zmian ich struktury i rozwoju w nich wewn trznych uszkodze oraz na materiałoznawcz interpretacj przyczyn tych zmian, jak równie na zmiany własno ci mechanicznych analizowanych stali podczas eksploatacji w warunkach pełzania. W niniejszym rozdziale za cel postawiono sobie zaprezentowanie autorskiej metodyki obiektywnej oceny stanu materiału i jego przydatno ci do dalszej eksploatacji w warunkach pełzania przez ustalenie trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali pracuj cych w warunkach pełzania i wykazanie, e u jej podstaw stoi obiektywna ocena trwało ci materiału pracuj cego w warunkach pełzania w oparciu o zespół materiałoznawczych metod i technik badawczych, dotycz cych zarówno bada metalograficznych i bada własno ci mechanicznych, jak i odpowiednio dobranych metod obliczeniowych, przy mo liwych zastosowaniach metod komputerowego wspomagania podejmowania decyzji, w tym zwłaszcza metod sztucznej inteligencji. Ka dorazowy dobór wła ciwych metod bada i pomiarów wymaga przy tym analizy rodzaju i warunków pracy oraz mo liwo ci dost pu do danego elementu konstrukcyjnego. Badania materiałoznawcze, słu ce ustaleniu zaawansowania procesów strukturalnych wyczerpania i uszkodzenia analizowanych stali podczas eksploatacji w warunkach pełzania, oraz wyniki bada mechanicznych stanowi podstaw dokonywanej oceny czasu dalszej bezpiecznej eksploatacji, chocia zwykle s stowarzyszone z pomocniczymi badaniami, mi dzy innymi: metodami penetracyjnymi, magnetycznymi proszkowymi i ultrad wi kowymi oraz z pomiarami np.: trwałego odkształcenia, strzałki ugi cia, grubo ci cianki i napr e własnych. 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 135

Open Access Library Volume 3 2011 Eksploatowane w kraju bloki energetyczne w zdecydowanej wi kszo ci znacznie przekroczyły obliczeniowy czas pracy. Czas ten wynika z zastosowanej do oblicze czasowej wytrzymało ci na pełzanie, która została wyznaczona dla najcz ciej przyjmowanego obliczeniowego czasu 100 000 godzin. Z kolei wi kszo ć tych bloków przekroczyła najcz ciej nie tylko czas eksploatacji 100 000, ale równie 200 000 godzin. Mo liwo ć przedłu enia eksploatacji poza obliczeniowy czas pracy wynika z wielu czynników W ród nich najwi kszy wpływ maj : liczba i wielko ć współczynników bezpiecze stwa stosowanych w projektowaniu, a wynikaj cych z poziomu niewiedzy projektantów, rednia czasowa wytrzymało ć na pełzanie charakterystyczna dla ka dego z gatunków stali b d cych przedmiotem bada, której warto ć rzeczywista mo e być wi ksza od redniej przyj tej do oblicze, rzeczywista grubo ć cianki rur znacznie wi ksza od grubo ci obliczeniowej, co wynika z przyjmowania grubo ci nominalnej najbli szej wi kszej w stosunku do obliczeniowej powi kszonej o wymagane naddatki, rzeczywiste warunki temperaturowo-napr eniowe pracy najcz ciej ni sze od przyj tych obliczeniowych. W praktyce przedłu enie czasu eksploatacji poza obliczeniowy czas 100 000 godzin jest dokonywane z zastosowaniem metody obliczeniowej opartej o dane redniej czasowej wytrzymało ci na pełzanie dla 200 000 godzin oraz pozytywne wyniki kompleksowych bada i pomiarów diagnostycznych [35, 37, 50, 105]. Badaniom tym i ocenie najcz ciej poddawane s elementy krytyczne cz ci ci nieniowej kotłów i turbin definiowane jako pracuj ce w najtrudniejszych warunkach temperaturowo-napr eniowych. W ród tych elementów najistotniejsze znaczenie maj elementy pracuj ce powy ej temperatury granicznej, to znaczy w warunkach pełzania, które najcz ciej s wykonane z gatunków stali b d cych przedmiotem bada. W ocenie tych elementów istotna i niezb dna jest ocena stanu ich materiału. Wykonuje si j na podstawie uzyskiwanych wyników nieniszcz cych lub niszcz cych bada materiałowych. Wyboru zespołu metod badawczych dokonuje si w zale no ci od dost pno ci do elementu i mo liwo ci pobrania materiału do bada niszcz cych. Uzyskane wyniki odnosi si do posiadanych charakterystyk materiałów po eksploatacji. Zastosowanie takiego sposobu post powania umo liwia najcz ciej dobre oszacowanie stanu materiału, stopnia jego wyczerpania oraz wyznaczenie czasu dalszej bezpiecznej eksploatacji do nast pnego przegl du [25, 35-37, 42, 50, 105]. Przekroczenie czasu eksploatacji o 50% czasu obliczeniowego wynosz cego 100 000 godzin, a tym bardziej osi gni cie 200 000 godzin eksploatacji elementów, wymaga w licznych 136 J. Dobrza ski

Materia oznawcza interpretacja trwa o ci stali dla energetyki OCENA STANU INSTALACJI OCENA STANU ELEMENTÓW KRYTYCZNYCH PRACUJ CYCH W WARUNKACH PE ZANIA OCENA STANU MATERIA U PROGNOZA DALSZEJ BEZPIECZNEJ EKSPLOATACJI PRZED U ENIE EKSPLOATACJI POZA OBLICZENIOWY CZAS PRACY 100 000 h LECZ NIE WI CEJ NI O 50% OBLICZENIOWEGO CZASU PRACY OCENA STANU MATERIA U METODAMI NIENISZCZ CYMI OSZACOWANIE TRWA O CI RESZTKOWEJ METODAMI NIENISZCZ CYMI OSZACOWANIE BEZPIECZNEGO CZASU EKSPLOATACJI t eb DLA PARAMETRÓW DALASZEJ EKSPLOATACJI r, T r PRZED U ENIE EKSPLOATACJI POZA OBLICZENIOWY CZAS PRACY 200 000 h LUB WI CEJ NI O 50% OBLICZENIOWEGO CZASU PRACY OCENA STANU MATERIA U METODAMI NISZCZ CYMI WYZNACZANIE TRWA O CI RESZTKOWEJ METODAMI NISZCZ CYMI WYZNACZENIE BEZPIECZNEGO CZASU EKSPLOATACJI t eb DLA PARAMETRÓW DALASZEJ EKSPLOATACJI r, T r G ÓWNE RUROCI GI PAROWE, RUROCI GI PRZERZUTOWE MO LIWO STOSOWANIA NISZCZ CYCH METOD W OCENIE STANU MATERIA U KOMORY PRZEGRZEWACZA PARY I SCH ADZACZE, Z KTÓRYCH ISTNIEJE MO LIWO POBRANIA WYCINKA DO BADA NISZCZ CYCH DECYZJA NA PODSTAWIE RACHUNKU EKONOMICZNEGO W OWNICE PRZEGRZEWACZY PARY, Z KTÓRYCH ISTNIEJE MO LIWO POBRANIA WYCINKA/KÓW DO BADA NISZCZ CYCH Rysunek 132. Dobór rodzaju bada w zale no ci od czasu eksploatacji i rodzaju elementu dla oceny stanu materia u i prognozy trwa o ci eksploatacyjnej elementów cz ci ci nieniowej kot ów parowych pracuj cych w warunkach pe zania przypadkach nie tylko dobrego oszacowania stanu materia u i jego stopnia wyczerpania ale i wyznaczenia jego w asno ci mechanicznych oraz trwa o ci resztkowej na podstawie bada niszcz cych na pobranym reprezentatywnym wycinku. Zasady i sposób wyboru miejsca do bada zosta y opisane w kilku publikacjach autora [15, 21, 31, 34-36, 50, 102, 105]. Nie zawsze w praktyce jest mo liwe pobranie materia u do bada niszcz cych. Mo liwe jest to do przeprowadzenia przy wykonywaniu oceny stanu materia u nitki g ównego ruroci gu parowego lub 6. Metodyka oceny trwa o ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 137

Open Access Library Volume 3 2011 ruroci gu przerzutowego, komór i schładzaczy oraz w ownic przegrzewaczy pary. Musi być to jednak poprzedzone rachunkiem ekonomicznym opłacalno ci przeprowadzenia takiej procedury. Sposób doboru rodzaju bada w zale no ci od czasu eksploatacji i rodzaju elementu b d cego przedmiotem bada przedstawiono schematycznie na rysunku 132. Ocena stanu materiału jest jedn z najbardziej istotnych składowych w ocenie stanu elementów pracuj cych w warunkach pełzania i w okre laniu ich przydatno ci do dalszej eksploatacji. Po doborze rodzaju bada dostosowanych do czasu eksploatacji i typu elementu cz ci ci nieniowej kotła podlegaj cego badaniom niezb dnym jest wybór sposobu oceny stanu i przydatno ci do dalszej pracy materiału elementu. Opracowane i zaproponowane sposoby oceny stanu i przydatno ci do dalszej pracy materiałów elementów ruroci gów, komór, schładzaczy oraz w ownic przegrzewaczy pary po eksploatacji w warunkach pełzania znacznie poza obliczeniowym czasem pracy s przedmiotem licznych opracowa i publikacji autora. Przedstawiono w nich algorytmy post powania uwzgl dniaj ce mo liwe i niezb dne do przeprowadzenia rodzaje bada oraz wymagan dla ich wykonania metodyk [15, 21, 25, 31, 32, 34-37, 39-42, 50, 59, 63, 93, 97, 102, 104, 105, 464-467,476]. Oszacowanie stanu materiału wymaga wyznaczenia stopnia wyczerpania (t e /t r ) b d cego stosunkiem czasu dotychczasowej eksploatacji t e do czasu do zerwania t r odniesionego do warunków temperaturowo-napr eniowych. Znajomo ć czasu dotychczasowej eksploatacji odniesiona do oszacowanego lub wyznaczonego stopnia wyczerpania pozwala wyznaczyć trwało ć resztkow t re b d c czasem pozostaj cym do zniszczenia materiału dla zdefiniowanych warunków dotychczasowej pracy. Czas ten nie jest jednak czasem dalszej bezpiecznej eksploatacji. Czasem dalszej bezpiecznej eksploatacji jest cz ć tego czasu, który nazywamy resztkow trwało ci rozporz dzaln t be. Jest on definiowany jako czas do osi gni cia ko ca drugiego okresu pełzania. Jego udział w czasie do zerwania jest nieco ró ny i zale y od poziomu temperatury oraz napr enia. Aby okre lić udział rozporz dzalnej trwało ci resztkowej t be w trwało ci resztkowej t re, definiowanej jako czas do osi gni cia ko ca II okresu pełzania t IIe w stosunku do czasu do zerwania t re, wykonano próby pełzania do zerwania z pomiarem wydłu enia w czasie próby w stałej temperaturze T b zbli onej do eksploatacyjnej. Dla badanych gatunków stali rozporz dzalna trwało ć resztkowa została wyznaczona dla zakresu parametrów odpowiadaj cych wyst puj cym eksploatacyjnym. Sposób jej wyznaczania pokazano na rysunku 133 na przykładzie stali 14MoV6-3. Na rysunku 133a zestawiono wyniki prób w postaci krzywych pełzania = f(t) przy T b = T e = 500 C = const, natomiast na 138 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki a) b) Trwałe odkształcenie, % Czas t, h Stosunek czasu ko ca II okresu pełzania do czasu do zerwania tii/tr Napr enie badania b, MPa Rysunek 133. Sposób wyznaczenia udziału trwało ci rozporz dzalnej t b w trwało ci t r na przykładzie badanej stali 14MoV6-3 rysunku 133b stosunek rozporz dzalnej trwało ci resztkowej t be do trwało ci resztkowej t re w zale no ci od napr enia badania b. Pozwoliło to na wyznaczenie stosunku t be /t re dla poziomu napr enia odpowiadaj cego eksploatacyjnemu b = e p = 50-60 MPa, który zapisano w postaci zale no ci t be = 0,55 t re. Znaj c zatem trwało ć resztkow mo na wyznaczyć rozporz dzaln trwało ć resztkow, b d c czasem bezpiecznej pracy dla przyj tych parametrów eksploatacji. Aby oszacować stopie wyczerpania na podstawie bada strukturalnych, najcz ciej metodami nieniszcz cymi, niezb dna jest znajomo ć zachowania si badanych materiałów w czasie pracy w warunkach pełzania. Wykonane przez autora wieloletnie badania pozwoliły stwierdzić, e zmiany w strukturze zachodz w jej podstawowych składnikach fazowych oraz wyst puj cych wydzieleniach powoduj c powstawanie i rozwój wewn trznych uszkodze. 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 139

Open Access Library Volume 3 2011 Stwierdzono, e udział poszczególnych rodzajów procesów i ich intensywno ć zale y od typu struktury stanu wyj ciowego i stopnia wyczerpania. W pierwszym okresie najwi ksze zmiany s zwi zane z rozpadem obszarów perlitu i/lub bainitu w stalach niskostopowych oraz martenzytu w stali wysokochromowej. Ze wzrostem stopnia wyczerpania intensywno ć tych zmian maleje, natomiast ro nie intensywno ć procesów wydzieleniowych. Zaawansowany stan rozwoju procesów wydzieleniowych sprzyja zapocz tkowaniu i rozwojowi wewn trznych uszkodze powoduj c powstawanie nieci gło ci. Natomiast inicjacja nieci gło ci najcz ciej nast puje pod koniec drugiego lub z pocz tkiem trzeciego okresu pełzania. Zale y to od rodzaju struktury i parametrów eksploatacji. Zagadnienia te omówiono szczegółowo w rozdziale 4 monografii. Wzgl dne udziały procesów powoduj cych zmiany w strukturze materiału podczas pełzania w zale no ci od stopnia wyczerpania schematycznie przedstawiono na rysunku 134. W opracowywaniu systemu oceny stanu materiału po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania równie istotn jest znajomo ć poziomu własno ci u ytkowych odpowiadaj cych okre lonemu stanowi struktury i odpowiadaj cemu mu stopniowi wyczerpania. Szczególnie dotyczy to wytrzymało ci na pełzanie i pr dko ci pełzania. Wybrane wyniki tych bada, wykonanych dla ró nych stanów struktury materiałów po eksploatacji, ka dego z badanych gatunków stali, pokazano i omówiono w rozdziale 3. a) b) Wzgl dny udział rozwoju procesu składowego Przyrost odkształcenia (ε) Procesy wydzieleniowe w glików (S 2 ) Rozpad perlitu/bainitu (S 1 ) Procesy wewn trznych uszkodze ( ) Wzgl dny udział rozwoju procesu składowego Przyrost odkształcenia (ε) Procesy wydzieleniowe w glików (S 2 *) Rozpad odpuszczonego martenzytu (S 1 *) Procesy wewn trznych uszkodze ( *) Stopie wyczerpania t/t r Stopie wyczerpania t/t r Rysunek 134. Wzgl dne udziały procesów powoduj cych zmiany w strukturze materiału podczas pełzania: a) w stali 16Mo3, 14MoV6-3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10 o strukturze ferrytyczno-perlitycznej, ferrytyczno-perlityczno-bainitycznej lub ferrytyczno-bainitycznej w stanie wyj ciowym, b) w stali X20CrMoV11-1 o strukturze odpuszczonego martenzytu w stanie wyj ciowym 140 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Tworz c system oceny stanu materiału przyj to, e znajomo ć stanu wyj ciowego jak równie znajomo ć historii eksploatacji nie jest wymagana. Zało ono jednak, e s to dwa główne czynniki maj ce istotny wpływ na stan struktury materiału po eksploatacji, a ich skutki s zakodowane w materiale b d cym przedmiotem oceny, wobec czego ich znajomo ć nie jest niezb dna do oceny stanu materiału i jego przydatno ci do dalszej eksploatacji. Istotnym jest dobór odpowiednich narz dzi i metod badawczych, które umo liwi ujawnienie cech badanego materiału niezb dnych dla oceny. Znajomo ć warunków eksploatacji mo e być jednak pomocna w definiowaniu warunków i prognozowaniu czasu dalszej eksploatacji. Przyj to, e stopie wyczerpania materiałów pracuj cych w warunkach pełzania jest skutkiem nakładania si zmian w strukturze, zarówno w zakresie jej składników fazowych, procesów wydzieleniowych jak i uszkodze wewn trznych. Zmianom struktury wszystkich badanych stali przypisano zatem odpowiadaj cy im stopie wyczerpania, a jemu z kolei przyporz dkowano główne klasy struktury, ujmuj ce klasy procesów składowych zmian w strukturze badanych stali. Na tej podstawie opracowano klasyfikacj stanu badanych stali pracuj cych w warunkach pełzania, uwzgl dniaj ce zmiany struktury. Znaj c stopie wyczerpania stali mo na oszacować bezpieczny czas dalszej eksploatacji elementów z badanych stali dla podanych przez eksploatatora warunków roboczych dalszej pracy. W szczególno ci w opracowanej klasyfikacji uj to nast puj ce elementy zmian w strukturze: zwi zane z rozpadem perlitu S 1 dla stali o strukturze: ferrytyczno-perlitycznej w stanie wyj ciowym, zwi zane z rozpadem bainitu S 1 * dla stali o strukturze: ferrytyczno-bainitycznej w stanie wyj ciowym, zwi zane z rozpadem odpuszczonego martenzytu S 1 ** dla stali o strukturze odpuszczonego martenzytu w stanie wyj ciowym, zwi zane z rozwojem procesów wydzieleniowych w glików S 2, zwi zane z rozwojem wewn trznych uszkodze dla stali o strukturze ferrytycznoperlitycznej lub ferrytyczno-bainitycznej w stanie wyj ciowym, zwi zane z rozwojem wewn trznych uszkodze * dla stali o strukturze odpuszczonego martenzytu w stanie wyj ciowym. Opracowana klasyfikacja dla ka dej z badanych stali składa si dwóch cz ci. Pierwsza cz ć klasyfikacji obejmuje badane stale po eksploatacji bez wewn trznych uszkodze. Schematy b d ce ilustracj opracowanej tej cz ci klasyfikacji przedstawiono odpowiednio 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 141

Open Access Library Volume 3 2011 dla: stali 16Mo3 na rysunku 135, stali 13CrMo4-5 na rysunku 136, stali 10CrMo9-10 na rysunku 137, stali 14MoV6-3 na rysunku 138 oraz stali X20CrMoV11-1 na rysunku 139. Drug cz ć klasyfikacji stanowi zmiany w strukturze w zale no ci od stopnia wyczerpania opracowane dla wymienionych materiałów z uszkodzeniami wewn trznymi. Schematy b d ce ilustracj tej cz ci klasyfikacji przedstawiono odpowiednio dla: stali 16Mo3, stali 13CrMo4-5, stali 10CrMo9-10 oraz stali 14MoV6-3 na rysunku 140, a dla stali X20CrMoV11-1 na rysunku 141. Dla zmian struktury i jej stanów zdefiniowanych dla kolejnych etapów sporz dzonych klasyfikacji, opracowano, na podstawie wyników bada zaprezentowanych w rozdziale 3 niniejszej monografii, wzorce struktury ilustruj ce etapy tych zmian w badanych stalach. Wzorce zaprezentowano w licznych opracowaniach własnych i publikacjach autora [12, 16, 20, 26-28, 33, 34, 38, 40, 50, 51, 56-58, 101, 104, 105]. Schematy zmian struktury badanych stali po eksploatacji w warunkach pełzania obejmuj ce klasy rozpadu perlitu/bainitu lub martenzytu, rozwoju procesów wydzieleniowych oraz rozwoju uszkodze wewn trznych w zale no ci od stopnia wyczerpania odniesione do głównej klasy struktury przedstawione na tle krzywej pełzania zaprezentowano na rysunku 142 dla stali niskostopowych o strukturze ferytyczno-perlitycznej lub ferrytyczno-bainitycznej z ewentualnym udziałem perlitu oraz na rysunku 143 dla stali wysokochromowej o strukturze odpuszczonego martenzytu. Zmianom struktury przypisano zatem odpowiadaj cy im stopie wyczerpania, natomiast stopniowi wyczerpania przyporz dkowano główn klas struktury, ujmuj c klasy procesów składowych zmian w strukturze. Metodologi oceny stanu badanych stali po eksploatacji w warunkach pełzania na podstawie oceny zmian w strukturze procesów składowych tzn.: zmian w strukturze perlitu, bainitu lub martenzytu, zmian w zakresie rozwoju procesów wydzieleniowych oraz zmian w zakresie rozwoju uszkodze wewn trznych odniesionych do stopnia wyczerpania przedstawiono na rysunkach 144-148. Dokonuj c oceny wy ej wymienionych elementów składowych struktury i przypisuj c odpowiadaj ce im klasy ujawnione na podstawie bada strukturalnych wyznacza si główn klas struktury i odpowiadaj cy jej stopie wyczerpania. Znaj c stopie wyczerpania i dotychczasowy czas eksploatacji mo na oszacować trwało ć resztkow, czyli czas pozostaj cy do zniszczenia materiału. Cz ci tego czasu jest rozporz dzalna trwało ć resztkowa b d ca bezpiecznym czasem dalszej eksploatacji dla dotychczasowych warunków pracy. 142 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Rysunek 135. Klasy struktury w zale no ci od stanu jej podstawowych składników i stopnia rozwoju procesów wydzieleniowych w powi zaniu ze stopniem wyczerpania i wzgl dnym odkształceniem po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania stali 16Mo3 bez wewn trznych uszkodze 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 143

Open Access Library Volume 3 2011 Rysunek 136. Klasy struktury w zale no ci od stanu jej podstawowych składników i stopnia rozwoju procesów wydzieleniowych w powi zaniu ze stopniem wyczerpania i wzgl dnym odkształceniem po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania stali 13CrMo4-5 bez wewn trznych uszkodze 144 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Rysunek 137. Klasy struktury w zale no ci od stanu jej podstawowych składników i stopnia rozwoju procesów wydzieleniowych w powi zaniu ze stopniem wyczerpania i wzgl dnym odkształceniem po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania stali 10CrMo9-10 bez wewn trznych uszkodze 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 145

Open Access Library Volume 3 2011 Rysunek 138. Klasy struktury w zale no ci od stanu jej podstawowych składników i stopnia rozwoju procesów wydzieleniowych w powi zaniu ze stopniem wyczerpania i wzgl dnym odkształceniem po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania stali 14MoV6-3 bez wewn trznych uszkodze 146 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Rysunek 139. Klasy struktury w zale no ci od stanu jej podstawowych składników i stopnia rozwoju procesów wydzieleniowych w powi zaniu ze stopniem wyczerpania i wzgl dnym odkształceniem po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania stali X20CrMoV11-1 bez wewn trznych uszkodze 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 147

Open Access Library Volume 3 2011 Rysunek 140. Klasy struktury w wyniku rozwoju uszkodze wewn trznych w zale no ci od stopnia wyczerpania w stalach 16Mo3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10 oraz 14MoV6-3 po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania 148 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Rysunek 141. Klasyfikacja struktury w wyniku rozwoju uszkodze wewn trznych w zale no ci od stopnia wyczerpania w stali X20CrMoV11-1 pracuj cej w warunkach pełzania 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 149

Open Access Library Volume 3 2011 Rysunek 142. Sposób klasyfikacji stanu materiału na podstawie zmian w strukturze w oparciu o składowe procesy w odniesieniu do stopnia wyczerpania dla stali 16Mo3, 14MoV6-3, 13CrMo4-5, 10CrMo9-10 o strukturze ferrytyczno-perlitycznej, ferrytyczno-perlitycznobainitycznej lub ferrytyczno-bainitycznej w stanie wyj ciowym, pracuj cych w warunkach pełzania Rysunek 143. Sposób klasyfikacji stanu materiału na podstawie zmian w strukturze w oparciu o składowe procesy w odniesieniu do stopnia wyczerpania dla stali X20CrMoV11-1 o strukturze martenzytu odpuszczonego w stanie wyj ciowym, pracuj cej w warunkach pełzania 150 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Rysunek 144. Metodologia oceny stanu stali 16Mo3 pracuj cej w warunkach pełzania na podstawie oceny zmian w strukturze procesów składowych odniesionych do stopnia wyczerpania; ( ) mo liwo ć wyst powania 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 151

Open Access Library Volume 3 2011 Rysunek 145. Metodologia oceny stanu stali 13CrMo4-5 pracuj cej w warunkach pełzania na podstawie oceny zmian w strukturze procesów składowych odniesionych do stopnia wyczerpania; ( ) mo liwo ć wyst powania 152 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Rysunek 146. Metodologia oceny stanu stali 10CrMo9-10 pracuj cej w warunkach pełzania na podstawie oceny zmian w strukturze procesów składowych odniesionych do stopnia wyczerpania; ( ) mo liwo ć wyst powania 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 153

Open Access Library Volume 3 2011 Rysunek 147. Metodologia oceny stanu stali 14MoV6-3 pracuj cej w warunkach pełzania na podstawie oceny zmian w strukturze procesów składowych odniesionych do stopnia wyczerpania; ( ) mo liwo ć wyst powania 154 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Rysunek 148. Metodologia oceny stanu stali X20CrMoV11-1 pracuj cej w warunkach pełzania na podstawie oceny zmian w strukturze procesów składowych odniesionych do stopnia wyczerpania; ( ) mo liwo ć wyst powania 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 155

Open Access Library Volume 3 2011 Klasyfikacja zmian struktury w wyniku pełzania umo liwiła zbudowanie elementów charakterystyk materiałowych b d cych zale no ci własno ci mechanicznych od klasy struktury i stopnia wyczerpania. Charakterystyki te pozwalaj ocen stanu badanych materiałów po eksploatacji w warunkach pełzania, oprócz oszacowanej trwało ci resztkowej i resztkowej trwało ci rozporz dzalnej, wzbogacić o oszacowany poziom innych własno ci u ytkowych maj cych wpływ na zachowanie si badanych materiałów w czasie dalszej eksploatacji, szczególnie w czasie ci nieniowych prób wodnych oraz uruchamiania i odstawiania urz dze. Poni ej przedstawiono przykłady takich charakterystyk dla gatunków stali b d cych przedmiotem bada. Zale no ć własno ci mechanicznych, a w tym: wytrzymało ci na rozci ganie, granicy plastyczno ci i wydłu enia w próbie rozci gania w temperaturze pokojowej, granicy plastyczno ci w podwy szonej temperaturze, twardo ci oraz udarno ci w temperaturze pokojowej od klasy struktury i odpowiadaj cego jej stopnia wyczerpania zbudowano dla materiałów komór wylotowych przegrzewaczy pary cz ci ci nieniowej kotła ze stali: 16Mo3 (rys. 149), 13CrMo4-5 (rys. 150), 10CrMo9-10 (rys. 151) i X20CrMoV11-1 (rys. 152) oraz głównych ruroci gów parowych ze stali 14MoV6-3 (rys. 153) b d cych grubo ciennymi elementami kotła ogrzewanymi przepływaj cym od wewn trz czynnikiem. Podobne zale no ci sporz dzono dla materiałów w ownic przegrzewaczy pary cz ci ci nieniowej kotła ze stali: 16Mo3 (rys. 154), 13CrMo4-5 (rys. 155), 10CrMo9-10 (rys. 156) i X20CrMoV11-1 (rys. 157) b d cych cienko ciennymi elementami ogrzewanymi od zewn trz spalinami. Dla elementów cienko ciennych nie sporz dzono zale no ci dla udarno ci ze wzgl du na zbyt mał grubo ć cianki rur w ownic przegrzewaczy pary, aby wykonać próbki do takich bada. Uzyskane warto ci dla materiałów po eksploatacji odniesiono do wymaganych warto ci dla rur w stanie wyj ciowym. Istotn cech niezb dn w ocenie stanu materiału jest równie ocena zdolno ci materiału do odkształce w temperaturze zbli onej do temperatury pokojowej, miar której jest mi dzy innymi poziom temperatury przej cia w stan kruchy. Zale no ć warto ci temperatury przej cia w stan kruchy od klasy struktury i odpowiadaj cego jej stopnia wyczerpania dla wybranych spo ród badanych stali przedstawiono na rysunku 158a oraz w tablicy 18 dla stali 14MoV6-3 i na rysunku 158b oraz w tablicy 19 dla stali X20CrMoV11-1. Wybrane spo ród badanych stale 14MoV6-3 i X20CrMoV11-1 to te, które maj najwi ksze skłonno ci do utraty własno ci ci gliwych w wyniku eksploatacji. Zasadnicze znaczenie maj jednak charakterystyki własno ci na pełzanie. W dalszej cz ci niniejszej pracy przedstawiono wybrane charakterystyki resztkowej wytrzymało ci na 156 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki pełzanie, w postaci zale no ci napr enia od parametru Larsona-Millera {log b = f (L-M)}, dla ró nych stanów struktury i o ró nym stanie rozwoju procesów wydzieleniowych w glików materiałów po eksploatacji, odpowiadaj cych ró nym klasom struktury o ró nym stopniu wyczerpania. Na rysunku 159 przedstawiono charakterystyki resztkowej wytrzymało ci na pełzanie wycinków komór wylotowych przegrzewaczy pary po ró nym czasie eksploatacji wykonanych ze stali 13CrMo4-5, na rysunku 160 wycinków komór wylotowych przegrzewaczy pary ze stali 10CrMo9-10 oraz na rysunku 161 wycinków elementów głównych ruroci gów parowych cz ci ci nieniowej kotłów ze stali 14MoV6-3. Trwało ć resztkow wyznaczono z opracowanych charakterystyk dla przewidywanej temperatury i czasu dalszej eksploatacji oraz oszacowano na podstawie stopnia wyczerpania okre lonego dla oznaczonej klasy struktury celem dokonania ich porównania. Uzyskane wyniki zestawiono dla wybranych elementów z wybranych stali odpowiednio dla wycinków ze stali: 13CrMo4-5 w tablicy 20, 10CrMo9-10 w tablicy 21 oraz 14MoV6-3 w tablicy 22. Na przykładzie wycinków elementów głównych ruroci gów pary wie ej wykonanych ze stali 14MoV63 oraz wycinków komór wylotowych przegrzewaczy pary wykonanych ze stali X20CrMoV11-1 po eksploatacji w warunkach pełzania przedstawiono odpowiednio na rysunku 162 i 163 porównanie charakterystyki trwało ci resztkowej w postaci zale no ci czasu do zerwania w próbie pełzania od temperatury badania przy stałym poziomie napr enia odpowiadaj cym eksploatacyjnemu {log t re = f (T e ) przy e = const} uzyskanych w oparciu o skrócone próby pełzania. Metodologi wyznaczania trwało ci resztkowej w oparciu o wyniki skróconych prób pełzania omówiono w rozdziale 3 niniejszej monografii. Wyznaczon na podstawie sporz dzonych charakterystyk trwało ć resztkow dla materiałów o ró nych klasach struktury i odpowiadaj cych im stopni wyczerpania zestawiono odpowiednio w tablicy 23 dla wycinków po eksploatacji ze stali 14MoV63 oraz w tablicy 24 dla wycinków po eksploatacji ze stali X20CrMoV11-1. Dla wybranych wycinków komór wylotowych przegrzewaczy pary kotłów wysokopr - nych po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z niskostopowych stali 13CrMo4-5 oraz 10CrMo9-10 sporz dzono zale no ci pr dko ci pełzania w stanie stacjonarnym od napr - enia w stałej temperaturze odpowiadaj cej eksploatacyjnej {log & s =f ( ) przy T b =T e const} dla ró nych klas struktury i odpowiadaj cego im stopnia wyczerpania. 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 157

Open Access Library Volume 3 2011 a) b) c) d) Wydłu enie A5, % e) f) Twardo ć HV10 Praca łamania KV, J Granica plastyczno ci Re490, MPa Wytrzymało ć na rozci ganie Rm, MPa Granica plastyczno ci Re, MPa Rysunek 149. Własno ci mechaniczne wycinków komór wylotowych przegrzewacza pary cz ci ci nieniowej kotła po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych ze stali 16Mo3 w zale no ci od ich klasy struktury i odpowiadaj cego jej stopnia wyczerpania: a) wytrzymało ć na rozci ganie w temperaturze pokojowej, b) granica plastyczno ci w temperaturze pokojowej, c) wydłu enie w próbie rozci gania w temperaturze pokojowej, d) granica plastyczno ci w podwy szonej temperaturze, e) twardo ć HV10, f) udarno ć w temperaturze pokojowej 158 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki a) b) c) d) Wydłu enie A5, % e) f) Twardo ć HV10 Praca łamania KV, J Granica plastyczno ci Re500, MPa Wytrzymało ć na rozci ganie Rm, MPa Granica plastyczno ci Re, MPa Rysunek 150. Własno ci mechaniczne wycinków komór wylotowych przegrzewacza pary cz ci ci nieniowej kotła po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych ze stali 13CrMo4-5 w zale no ci od ich klasy struktury i odpowiadaj cego jej stopnia wyczerpania: a) wytrzymało ć na rozci ganie w temperaturze pokojowej, b) granica plastyczno ci w temperaturze pokojowej, c) wydłu enie w próbie rozci gania w temperaturze pokojowej, d) granica plastyczno ci w podwy szonej temperaturze, e) twardo ć HV10, f) udarno ć w temperaturze pokojowej 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 159

Open Access Library Volume 3 2011 a) b) c) d) Wydłu enie A5, % e) f) Twardo ć HV10 Praca łamania KV, J Granica plastyczno ci Re500, MPa Wytrzymało ć na rozci ganie Rm, MPa Granica plastyczno ci Re, MPa Rysunek 151. Własno ci mechaniczne wycinków komór wylotowych przegrzewacza pary cz ci ci nieniowej kotła po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych ze stali 10CrMo9-10 w zale no ci od ich klasy struktury i odpowiadaj cego jej stopnia wyczerpania: a) wytrzymało ć na rozci ganie w temperaturze pokojowej, b) granica plastyczno ci w temperaturze pokojowej, c) wydłu enie w próbie rozci gania w temperaturze pokojowej, d) granica plastyczno ci w podwy szonej temperaturze, e) twardo ć HV10, f) udarno ć w temperaturze pokojowej 160 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki a) b) c) d) Wydłu enie A5, % e) f) Twardo ć HV10 Praca łamania KV, J Granica plastyczno ci Re550, MPa Wytrzymało ć na rozci ganie Rm, MPa Granica plastyczno ci Re, MPa Rysunek 152. Własno ci mechaniczne wycinków komór wylotowych przegrzewacza pary cz ci ci nieniowej kotła po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych ze stali X20CrMoV11-1 w zale no ci od ich klasy struktury i odpowiadaj cego jej stopnia wyczerpania: a) wytrzymało ć na rozci ganie w temperaturze pokojowej, b) granica plastyczno ci w temperaturze pokojowej, c) wydłu enie w próbie rozci gania w temperaturze pokojowej, d) granica plastyczno ci w podwy szonej temperaturze, e) twardo ć HV10, f) udarno ć w temperaturze pokojowej 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 161

Open Access Library Volume 3 2011 a) b) c) d) Wydłu enie A5, % e) f) Twardo ć HV10 Praca łamania KV, J Granica plastyczno ci Re500, MPa Wytrzymało ć na rozci ganie Rm, MPa Granica plastyczno ci Re, MPa Rysunek 153. Własno ci mechaniczne wycinków głównych ruroci gów parowych kotła po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych ze stali 14MoV6-3 w zale no ci od ich klasy struktury i odpowiadaj cego jej stopnia wyczerpania: a) wytrzymało ć na rozci ganie w temperaturze pokojowej, b) granica plastyczno ci w temperaturze pokojowej, c) wydłu enie w próbie rozci gania w temperaturze pokojowej, d) granica plastyczno ci w podwy szonej temperaturze, e) twardo ć HV10, f) udarno ć w temperaturze pokojowej 162 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki a) b) c) d) Wydłu enie A5, % e) Twardo ć HV10 Granica plastyczno ci Re500, MPa Wytrzymało ć na rozci ganie Rm, MPa Granica plastyczno ci Re, MPa Rysunek 154. Własno ci mechaniczne wycinków w ownic przegrzewacza pary cz ci ci nieniowej kotła po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych ze stali 16Mo3 w zale no ci od ich klasy struktury i odpowiadaj cego jej stopnia wyczerpania: a) wytrzymało ć na rozci ganie w temperaturze pokojowej, b) granica plastyczno ci w temperaturze pokojowej, c) wydłu enie w próbie rozci gania w temperaturze pokojowej, d) granica plastyczno ci w podwy szonej temperaturze, e) twardo ć HV10 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 163

Open Access Library Volume 3 2011 a) b) c) d) Wydłu enie A5, % e) Twardo ć HV10 Granica plastyczno ci Re500, MPa Wytrzymało ć na rozci ganie Rm, MPa Granica plastyczno ci Re, MPa Rysunek 155. Własno ci mechaniczne wycinków w ownic przegrzewacza pary cz ci ci nieniowej kotła po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych ze stali 13CrMo4-5 w zale no ci od ich klasy struktury i odpowiadaj cego jej stopnia wyczerpania: a) wytrzymało ć na rozci ganie w temperaturze pokojowej, b) granica plastyczno ci w temperaturze pokojowej, c) wydłu enie w próbie rozci gania w temperaturze pokojowej, d) granica plastyczno ci w podwy szonej temperaturze, e) twardo ć HV10 164 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki a) b) c) d) Wydłu enie A5, % e) Twardo ć HV10 Granica plastyczno ci Re500, MPa Wytrzymało ć na rozci ganie Rm, MPa Granica plastyczno ci Re, MPa Rysunek 156. Własno ci mechaniczne wycinków w ownic przegrzewacza pary cz ci ci nieniowej kotła po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych ze stali 10CrMo9-10 w zale no ci od ich klasy struktury i odpowiadaj cego jej stopnia wyczerpania: a) wytrzymało ć na rozci ganie w temperaturze pokojowej, b) granica plastyczno ci w temperaturze pokojowej, c) wydłu enie w próbie rozci gania w temperaturze pokojowej, d) granica plastyczno ci w podwy szonej temperaturze, e) twardo ć HV10 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 165

Open Access Library Volume 3 2011 a) b) c) d) Wydłu enie A5, % e) Twardo ć HV10 Granica plastyczno ci Re550, MPa Wytrzymało ć na rozci ganie Rm, MPa Granica plastyczno ci Re, MPa Rysunek 157. Własno ci mechaniczne wycinków w ownic przegrzewacza pary cz ci ci nieniowej kotła po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych ze stali X20CrMoV11-1 w zale no ci od ich klasy struktury i odpowiadaj cego jej stopnia wyczerpania: a) wytrzymało ć na rozci ganie w temperaturze pokojowej, b) granica plastyczno ci w temperaturze pokojowej, c) wydłu enie w próbie rozci gania w temperaturze pokojowej, d) granica plastyczno ci w podwy szonej temperaturze, e) twardo ć HV10 166 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki a) b) Praca łamania KV, J Praca łamania KV, J Rysunek 158. Udarno ć w temperaturze pokojowej i temperatura przej cia w stan kruchy w zale no ci od klasy struktury wycinków elementów kotłów energetycznych po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z: a) niskostopowej stali 14MoV6-3, b) wysokochromowej stali X20CrMoV11-1 Tablica 18. Praca łamania w temperaturze pokojowej i temperatura przej cia w stan kruchy w zale no ci od klasy struktury wycinków elementów kotłów energetycznych po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z wysokochromowej stali 14MoV6-3 Stan materiału Klasyfikacja struktury Klasa Podklasy struktury struktury Stopie wyczerpania t e /t r Praca łamania w temperaturze pokojowej KV, J Temperatura przej cia w stan kruchy T KV50, C Twardo ć HV10 Czas eksploatacji t e, h 1 2 3 4 5 6 7 0 0; o; O 0 64-40 208 stan wyj ciowy 1/2 0/I; a; O 0,2-0,3 8 + 33 165 118 000 2 I; a; O 0,3 20 + 25 141 193 000 2/3 I; a/b; O 0,3-0,4 12 + 45 142 200 000 3 I/II; a/b; O 0,4 0,5 8 + 65 135 185 600 Tablica 19. Praca łamania w temperaturze pokojowej i temperatura przej cia w stan kruchy w zale no ci od klasy struktury wycinków elementów kotłów energetycznych po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z wysokochromowej stali X20CrMoV11-1 Stan materiału Klasyfikacja struktury Klasa Podklasy struktury struktury Stopie wyczerpania t e /t r Praca łamania w temperaturze pokojowej KV, J Temperatura przej cia w stan kruchy T KV50, C Twardo ć HV10 Czas eksploatacji t e, h 1 2 3 4 5 6 7 0 0, 0, O 0 96-40 248 stan wyj ciowy 0/1 0/I, o/a, O do 0,2 48 + 5 240 20 000 1 I, a, O 0,2-0,3 27 + 20 216 108 000 2 I/II, a/b, O 0,3-0,4 18 + 50 210 160 000 3 II, b, O 0,4-0,5 8 + 60 231 186 000 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 167

Open Access Library Volume 3 2011 Napr enie b, MPa Rodzaj i udział wydziele : M 3 C (f.gł.) + M 23 C (b.m.) + M 2 C (m.) KLASA STRUKTURY 0/1 (0/, o/a, 0) Napr enie b, MPa Rodzaj i udział wydziele : M 23 C 6 (f.gł.) + M 2 C (s.) + M 3 C (b.m.) KLASA STRUKTURY 1/2 (, a, 0) Napr enie b, MPa Rodzaj i udział wydziele : M 6 C (s.) + M 3 C (m.) KLASA STRUKTURY 2 (, a/b, 0) Napr enie b, MPa Rodzaj i udział wydziele : M 6 C (f.gł.) + M 7 C 3 (s.) + M 2 C (b.m.) KLASA STRUKTURY 3 ( /, b, 0) Parametr Larsona-Millera Rysunek 159. Resztkowa wytrzymało ć na pełzanie w postaci zale no ci log b = f(l-m) w zale no ci od klasy struktury i stanu rozwoju procesów wydzieleniowych w glików wybranych wycinków komór wylotowych przegrzewaczy pary kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z niskostopowej stali 13CrMo4-5 ( (f.gł.) faza główna; (s.) rednio; (m.) mało; (b.m.) bardzo mało) 168 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Napr enie b, MPa Rodzaj i udział wydziele : M 6 C (d.) + M 23 C 6 (s.) KLASA STRUKTURY 1 (0/, a, 0) Parametr Larsona-Millera Napr enie b, MPa Rodzaj i udział wydziele : M 6 C (f.gł.) + M 23 C 6 (s.) KLASA STRUKTURY 2/3 (, a/b, 0) Parametr Larsona-Millera Napr enie b, MPa Rodzaj i udział wydziele : M 6 C (f.gł.) + M 7 C 3 (s.) + M 2 C (sl.) Parametr Larsona-Millera Rysunek 160. Resztkowa wytrzymało ć na pełzanie w postaci zale no ci log b = f(l-m) w zale no ci od klasy struktury i stanu rozwoju procesów wydzieleniowych w glików wybranych wycinków komór wylotowych przegrzewaczy pary kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z niskostopowej stali 10CrMo9-10 ( (f.gł.) faza główna; (d.) du o; (s.) rednio; (sl.) lady) 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 169

Open Access Library Volume 3 2011 Napr enie b, MPa Rodzaj i udział wydziele : MC (f.gł.) + M 2 C (d.) KLASA STRUKTURY 1 (0/, a, 0) Napr enie b, MPa Rodzaj i udział wydziele : M 23 C 6 (f.gł.) + M 3 C (s.) + MC (s.) + M 2 C (m.) KLASA STRUKTURY 1/2 (, a, 0) Napr enie b, MPa Rodzaj i udział wydziele : MC (s.) + M 7 C 3 (s.) KLASA STRUKTURY 1/2 (, a, 0) Napr enie b, MPa Rodzaj i udział wydziele : M 2 C (f.gł.) + M 7 C 3 (s.) KLASA STRUKTURY 2 ( /II, a, 0) Parametr Larsona-Millera Rysunek 161. Resztkowa wytrzymało ć na pełzanie w postaci zale no ci log b = f(l-m) w zale no ci od klasy struktury i stanu rozwoju procesów wydzieleniowych w glików wybranych wycinków głównych ruroci gów pary wie ej pary kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z niskostopowej stali 14MoV6-3 ( (f.gł.) faza główna; (d.) du o; (s.) rednio; (m.) mało) 170 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Tablica 20. Trwało ć resztkowa (resztkowa wytrzymało ć na pełzanie) w zale no ci od klasy struktury, składu fazowego wydziele w glików i stopnia wyczerpania na przykładzie wybranych wycinków elementów przegrzewacza pary kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z niskostopowej stali 13CrMo4-5 Klasa struktury Stan materiału Podklasy struktury Oszacowany stopie wyczerpania t e /t r Rodzaj i udział wydziele 1) Trwało ć resztkowa t re, h (wg charakterystyki) dla T e = 540 C e = 50 MPa 1 2 3 4 5 0/1 0/I; o/a; O do 0,2 M 3 C (f.gł.)+ M 23 C 6 (m.) + M 2 C (m.)+ M 6 C (b.m.) 289 000 1/2 I; a; O 0,3 M 23 C 6 (f.gł.). + M 2 C (s.)+ M 3 C (b.m.) 164 000 2 I; a/b; O 0,3 0,4 M 6 C (s.)+ M 3 C (m.) 142 000 3 I/II; b; O 0,4 0,5 M 6 C (f.gł.).+ M 7 C 3 (s.) + M 2 C (b.m.) 70 000 Tablica 21. Trwało ć resztkowa (resztkowa wytrzymało ć na pełzanie) w zale no ci od klasy struktury, składu fazowego wydziele w glików i stopnia wyczerpania na przykładzie wybranych wycinków elementów przegrzewacza pary kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z niskostopowej stali 10CrMo9-10 Klasa struktury Stan materiału Podklasy struktury Oszacowany stopie wyczerpania t e /t r Rodzaj i udział wydziele 1) Trwało ć resztkowa t re, h (wg charakterystyki) dla T e = 540 C e = 60 MPa 1 2 3 4 5 1 0/I; a; O 0,2-0,3 M 6 C (d.)+ M 23 C 6 (s.) 218 000 2/3 I; a/b; 0 0,3-0,4 M 6 C (f.gł.).+ M 23 C 6 (s.) 251 000 3 I/II; a/b; O 0,4 M 6 C (f.gł.)+ M 7 C 3 (s.) + M 2 C (sl.) 289 000 Tablica 22. Trwało ć resztkowa (resztkowa wytrzymało ć na pełzanie) w zale no ci od klasy struktury, składu fazowego wydziele w glików i stopnia wyczerpania na przykładzie wybranych wycinków elementów przegrzewacza pary kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z niskostopowej stali 14MoV6-3 Klasa struktury Stan materiału Podklasy struktury Oszacowany stopie wyczerpania t e /t r Rodzaj i udział wydziele 1) Trwało ć resztkowa t re, h (wg charakterystyki) dla T e = 540 C e = 60 MPa 1 2 3 4 5 1 0/I; a; O 0,2-0,3 MC (f.gł.)+ M 2 C (d.) 510 000 1/2 I; a; 0 0,3 M 23 C 6 (f.gł.) + M 3 C (s.)+ MC (s.)+ M 2 C (m.) 384 000 1/2 I; a; 0 0,3 MC (s.)+ M 7 C 3 (s.) 333 000 2 I/II; a; 0 0,3-0,4 M 2 C (f.gł.)+ M 7 C 3 (s.) 289 000 1) ( (f.gł.) faza główna; (d.) du o; (s.) rednio; (m.) mało; (b.m.) bardzo mało; (sl.) lady) 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 171

Open Access Library Volume 3 2011 Zale no ci pr dko ci pełzania w stanie stacjonarnym od napr enia w stałej temperaturze odpowiadaj cej eksploatacyjnej 520 C dla stali 13CrMo4-5 przedstawiono na rysunku 164, a dla stali 10CrMo9-10 na rysunku 165. Natomiast na rysunku 166 przedstawiono takie zale no ci dla wycinków głównych ruroci gów parowych wykonanych ze stali 14MoV6-3 w stałej temperaturze badania 520 C i 550 C. W oparciu o tak sporz dzone charakterystyki mo na z pr dko ci pełzania w stanie ustalonym wyznaczyć rozporz dzaln trwało ć resztkow znaj c rzeczywist warto ć trwałego odkształcenia pełzania e w wyniku dotychczasowej eksploatacji. Warto ć t mo na wyznaczyć dokonuj c pomiarów rednic otworów technologicznych komór. Warto ć trwałego odkształcenia wynika z ró nicy rednic otworu mierzonych w dwóch prostopadłych kierunkach: osiowym i obwodowym. Sposób ich wyznaczania zaproponowany przez autora został przedstawiony w publikacjach własnych [15, 50, 445, 467]. Dla badanych materiałów na podstawie bada pełzania wyznaczono graniczn warto ć trwałego odkształcenia, przyj t jako dopuszczaln dop, gwarantuj c bezpieczn eksploatacj materiału pracuj cego w warunkach pełzania. Wynosi ona 2% dla niskostopowych stali Czas do zerwania, tre, h Klasa struktury - 0 ( 0,o, O ) - 1/2 ( 0/I, a, O ) - 2 ( I, a, O ) - 2/3 ( I, a/b, O ) - 2/3 ( I, a/b, O ) - 3 ( I/II, a, O ) - 4 ( I/II, a/b, O) b = 60 MPa Temperatura badania T b, C Rysunek 162. Trwało ć resztkowa w zale no ci od klasy struktury materiałów elementów głównych ruroci gów parowych kotłów energetycznych po długotrwałej pracy w warunkach pełzania wykonanych ze stali 14MoV6-3 172 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Tablica 23. Trwało ć resztkowa w zale no ci od klasy struktury i stopnia wyczerpania materiałów elementów głównych ruroci gów parowych kotłów energetycznych po długotrwałej pracy w warunkach pełzania wykonanych ze stali 14MoV6-3 Stan materiału Parametry dotychczasowej eksploatacji Poziom napr enia dalszej eksploatacji e = 60 MPa Trwało ć resztkowa t re, h Klasyfikacja struktury Stopie w temperaturze, C Temperatura Czas Klasa Podklasy wyczerpania t e /t e, C t e, h 550 560 T struktury struktury r 1 2 3 4 5 6 7 0 0; o; O 0 0 0 600 000 340 000 1/2 0/I; a; O 0,2-0,3 540 118 000 450 000 280 000 2 I; a; O 0,3 540 148 000 300 000 210 000 2/3 I; a/b; O 0,3-0,4 540 105 000 250 000 140 000 2/3 I; a/b; O 0,3-0,4 540 200 000 140 000 90 000 3 I/II; a; 0 0,4 540 193 000 110 000 65 000 4 I/II; a/b; O 0,4 0,5 540 186 000 85 000 50 000 Czas do zerwania, tre, h Klasa struktury - 0 ( 0, o, O ) - 0/1 ( 0/I, o/a, O ) - 1 (I, a, O ) - 2 ( I/II, a/b, O ) - 3(II, b, O ) - 4 ( II, b, O/A ) b = 100 MPa Temperatura badania T b, C Rysunek 163. Trwało ć resztkowa w zale no ci od klasy struktury materiałów elementów przegrzewacza pary kotłów energetycznych po długotrwałej pracy w warunkach pełzania wykonanych ze stali X20CrMoV11-1 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 173

Open Access Library Volume 3 2011 Tablica 24. Trwa o resztkowa w zale no ci od klasy struktury i stopnia wyczerpania materia ów komór wylotowych przegrzewacza pary kot ów energetycznych po d ugotrwa ej pracy w warunkach pe zania wykonanych ze stali X20CrMoV11-1 Stan materia u Parametry dotychczasowej eksploatacji Poziom napr enia dalszej eksploatacji e = 100 MPa Trwa o resztkowa t re, h Klasyfikacja struktury Stopie w temperaturze, C Temperatura Klasa Podklasy wyczerpania t e /t e, C T struktury struktury r 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Czas t e, h 550 560 570 580 0 0, 0, O 0 0 0 320 000 150 000 80 000 50 000 0/1 0/I, o/a, O do 0,2 550 20 000 150 000 65 000 41 000 20 000 1 I, a, O 0,2-0,3 550 108 000 75 000 40 000 24 000 11 000 2 I/II, a/b, O 0,3-0,4 550 160 000 55 000 32 000 14 000 8 000 3 II, b, O 0,4-0,5 575 186 000 38 000 14 000 8000 3 500 4 II, b, O/A 0,5-0,6 580 186 000 1 000 600 350 180 T b = 520ºC Pr dko pe zania s, %/h x 10 5. Klasa struktury 0/1 ( 0/I; o/a; 0 ) M 3 C (f.g.) +M 23 C 6 (m.) +M 6 C (m.) Klasa struktury 1/2 ( I; a; 0 ) M 23 C 6 (f.g.) +M 2 C (s.) +M 3 C (b.m ) Klasa struktury 2 ( I; a/b; 0 ) M 6 C (s.) +M 3 C (m.) Klasa struktury 3 ( I/II; b; 0 ) M 6 C (f.g.) +M 7 C 3 (s.) +M 2 C (m.) ( (f.g.) faza g ówna; (s.) rednio; (m.) ma o; (b.m.) bardzo ma o) Napr enie badania b, MPa Rysunek 164. Pr dko pe zania w stanie stacjonarnym s w zale no ci od napr enia dla temperatury dalszej eksploatacji 520 C w zale no ci od klasy struktury i stanu rozwoju procesów wydzieleniowych w glików wybranych materia ów komór wylotowych przegrzewaczy kot ów energetycznych po d ugotrwa ej eksploatacji w warunkach pe zania wykonanych z niskostopowej stali 13CrMo4-5 174 J. Dobrza ski

Materia oznawcza interpretacja trwa o ci stali dla energetyki T b = 520ºC Pr dko pe zania s, %/h x 10 5 Klasa struktury 3 (I/II; a/b; 0) M 6 C (f.g.) +M 7 C 3 (s.) +M 2 C (m.) Klasa struktury 2/3 (I; a/b; 0) M 6 C (f.g.) +M 23 C 6 (s.) Klasa struktury 1 (0/I; a; 0) M 6 C (d.) +M 23 C 6 (s.) ( (f.g.) faza g ówna; (d.) du o; (s.) rednio; (m.) ma o) Napr enie badania b, MPa Rysunek 165. Pr dko pe zania w stanie stacjonarnym s w zale no ci od napr enia dla temperatury dalszej eksploatacji 520 C w zale no ci od klasy struktury i stanu rozwoju procesów wydzieleniowych w glików wybranych materia ów komór wylotowych przegrzewaczy kot ów energetycznych po d ugotrwa ej eksploatacji w warunkach pe zania wykonanych z niskostopowej stali 10CrMo9-10 16Mo3, 13CrMo4-5 i 10CrMo9-10, natomiast 1% dla stali 14MoV6-3 i X20CrMoV11-1. Ró nica pomi dzy dopuszczaln warto ci trwa ego odkszta cenia dop a zmierzon warto ci rzeczywist e wynikaj c z dotychczasowej eksploatacji, b d ca pozostaj c w dyspozycji warto ci trwa ego odkszta cenia ep zapewniaj c dalsz bezpieczn eksploatacj, odniesiona do wyznaczonej pr dko ci pe zania es dla przewidywanego poziomu temperatury i napr enia dalszej eksploatacji umo liwia wyznaczenie resztkowej trwa o ci rozporz dzalnej t re. Uzyskane w ten sposób wyniki resztkowej trwa o ci rozporz dzalnej w zale no ci od klasy struktury i odpowiadaj cej jej stopnia wyczerpania zestawiono w tablicy 25 dla stali 13CrMo4-5, w tablicy 26 dla stali 10CrMo9-10 oraz w tablicy 27 dla stali 14MoV6-3. 6. Metodyka oceny trwa o ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 175

Open Access Library Volume 3 2011 a) T b = 520ºC. b) T b = 550ºC Klasa struktury 1 ( 0/I; a; 0 ) MC (f.g.) +M 2 C (d.) Klasa struktury 1/2 ( I; a; 0 ) M 23 C 6 (f.g.) +M 3 C (s.) +MC (s.) +M 2 C (s.) Klasa struktury 1/2 ( I; a; 0 ) MC (s.) +M 7 C 3 (s.) Klasa struktury 2 ( I/II; a; 0 ) M 2 C (f.g.) +M 7 C 3 (s.) ( (f.g.) faza g ówna; (d.) du o; (s.) rednio) Rysunek 166. Pr dko pe zania w stanie stacjonarnym w zale no ci od napr enia dla s temperatury dalszej eksploatacji 520 i 550 C w zale no ci od klasy struktury i stopnia rozwoju procesów wydzieleniowych w glików materia ów elementów ruroci gów pary wie ej kot ów po eksploatacji w warunkach pe zania wykonanych z niskostopowej stali 14MoV6-3 176 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Tablica 25. Rozporz dzalna trwało ć resztkowa w zale no ci od klasy struktury i stopnia wyczerpania na podstawie pr dko ci pełzania w stanie ustalonym materiałów komór wylotowych przegrzewacza pary kotłów energetycznych po długotrwałej pracy w warunkach pełzania wykonanych ze stali 13CrMo4-5 Parametry dotychczasowej eksploatacji Temperatura T e, C Trwałe odkształcenie Stan materiału Pr dko ć pełzania Całkowite Zmierzone Pozostałe Klasyfikacja struktury es Czas dopusz- rzeczy- eksploatacji Stopie t e, h czalne wiste ep, % 1 wyczerpania t e /t %/h Klasa Podklasy dop, % ep, % x 10-5 r struktury struktury 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 &, Rozporz dzalna trwało ć resztkowa t re, h w 520 C i przy e = 50 MPa 2) 540 121 000 0,285 1,715 0/1 0/I, o/a, O do 0,2 1,2 143 000 540 123 243 0,350 1,650 1/2 I, a, O 0,3 2,25 73 000 2 540 100 000 0,430 1,570 2 I, a/b, O 0,3-0,4 4,2 37 000 540 127 000 0,780 1,220 3 I/II, a/b, O 0,4-0,5 8,1 15 000 1) Pozostałe dopuszczalne trwałe odkształcenie eksploatacji ep = dop - e 2) Rozporz dzalna trwało ć resztkowa t re = ep / & ; napr enie dalszej eksploatacji e es Tablica 26. Rozporz dzalna trwało ć resztkowa w zale no ci od klasy struktury i stopnia wyczerpania na podstawie pr dko ci pełzania w stanie ustalonym materiałów komór wylotowych przegrzewacza pary kotłów energetycznych po długotrwałej pracy w warunkach pełzania wykonanych ze stali 10CrMo9-10 Parametry dotychczasowej eksploatacji Temperatura T e, C Trwałe odkształcenie Stan materiału Pr dko ć pełzania Całkowite Zmierzone Pozostałe Klasyfikacja struktury es Czas dopusz- rzeczy- eksploatacji Stopie t e, h czalne wiste ep, % 1 wyczerpania t e /t %/h Klasa Podklasy dop, % ep, % x 10-5 r struktury struktury 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 &, Rozporz dzalna trwało ć resztkowa t re, h w 520 C i przy e = 50 MPa 2) 535 116 974 0,435 1,565 1 0/I, a, O 0,2-0,3 1,9 82 000 535 122509 2 0,690 1,310 2/3 I, a/b, O 0,3-0,4 2,7 48 000 520 92 966 0,810 1,190 3 I/II, a/b, O 0,4 3,8 31 000 1) Pozostałe dopuszczalne trwałe odkształcenie eksploatacji ep = dop - e 2) Rozporz dzalna trwało ć resztkowa t re = ep / & ; napr enie dalszej eksploatacji e es 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 177

Open Access Library Volume 3 2011 Tablica 27. Rozporz dzalna trwało ć resztkowa w zale no ci od klasy struktury i stopnia wyczerpania na podstawie pr dko ci pełzania w stanie ustalonym materiałów elementów głównych ruroci gów parowych kotłów energetycznych po długotrwałej pracy w warunkach pełzania wykonanych ze stali 14MoV6-3 Parametry dotychczasowej eksploatacji Trwałe odkształcenie Stan materiału Pr dko ć pełzania Rozporz dzalna trwało ć resztkowa t re, h w 520 C i przy e = 60 MPa 2) Całkowite Zmierzone Pozostałe Klasyfikacja &, Temperatura Czas dopusz- rzeczy- eksploatacji struktury Stopie es t T e, C e, h czalne wiste ep, % 1 wyczerpania t e /t r %/h Klasa Podklasy dop, % ep, % x 10-5 struktury struktury 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 540 150 000 0,195 0,805 1 0/I, a, O 0,2-0,3 0,68 118 000 545 136 980 0,235 0,765 1/2 I, a, O 0,3 1,2 64 000 1 540 180 000 0,265 0,735 1/2 I, a, O 0,3 2,0 37 000 546 127 000 0,305 0,695 2 I/II, a, O 0,3-0,4 2,7 26 000 1) Pozostałe dopuszczalne trwałe odkształcenie eksploatacji ep = dop - e 2) Rozporz dzalna trwało ć resztkowa t re = ep / & ; napr enie dalszej eksploatacji e es Rodzaj i udział wyst puj cych wydziele, ma istotny wpływ na poziom własno ci u ytkowych materiałów pracuj cych w warunkach pełzania zmienia si z czasem eksploatacji. Znaczenie ma nie tylko wyst powanie, ale i udział poszczególnych typów wydziele. Rentgenowska analiza osadu wyizolowanego elektrolitycznie wydziele umo liwia uzyskanie dyfraktogramów rentgenowskich, a ich analiza, w oparciu o wzorcowe dane rentgenograficzne, identyfikacj poszczególnych typów w glików. Analiza porównawcza zarejestrowanych nat - e refleksów poszczególnych w glików posłu yła do półilo ciowej oceny udziałów poszczególnych typów wydziele. Przykład zale no ci udziałów poszczególnych wyst puj cych typów w glików od klasy struktury i stopnia wyczerpania w oparciu o metod półilo ciow przedstawiono na rysunku 166 oraz zestawiono w tablicy 28 dla wybranych wycinków głównych ruroci gów pary wie ej kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania, wykonanych z niskostopowej stali 14MoV6-3. Do rentgenowskiej ilo ciowej analizy fazowej wydziele w glikowych zastosowano metod Rietvelda [550], a do oblicze program SIROQUANT TM wykorzystuj cy dane modelowe dla poszczególnych typów w glików. Wynik wykonanych oblicze przedstawiono w postaci zale no ci udziałów poszczególnych typów w glików od klasy struktury i stopnia wyczerpania dla wycinków w ownic przegrzewaczy pary po eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych ze stali 13CrMo4-5 na rysunku 168 i ze stali 10CrMo9-10 na rysunku 169 oraz zestawiono odpowiednio w tablicach 29 i 30. 178 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki UDZIAŁ W GLIKÓW Rysunek 167. Rodzaj i udział wyst puj cych w glików w zale no ci od klasy struktury na przykładzie wybranych wycinków głównych ruroci gów pary wie ej kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z niskostopowej stali 14MoV6-3 Tablica 28. Rodzaje i udział wyst puj cych w glików w zale no ci od klasy struktury i stopnia wyczerpania na przykładzie wybranych wycinków głównych ruroci gów pary wie ej kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z niskostopowej stali 14MoV6-3 Klasa struktury Stan materiału Rodzaj i udział wydziele ( (f.gł.) faza główna; (d.) du o; (s.) rednio; (m.) mało; (b.m.) bardzo mało) Czas eksploatacji t e, h Stopie Podklasy wyczerpania struktury t e /t r 1 2 3 4 5 0 0; o; O 0 Fe 3 C (f.gł.); MC(V) (d.); MC(Mo) (m.); M 2 C (m.) stan wyj ciowy 1/2 0/I; a; O 0,2-0,3 MC(V) (f.gł.); Mo 2 C (f.gł.); M 23 C 6 (m.) ; M 6 C (m.) 118 000 2 I; a; O 0,3 MC(V) (f.gł.); M 2 C; M 23 C 6 ; Fe 3 C 193 000 2/3 I/II; a; 0 0,3-0,4 MC; M 23 C 6 ; Fe 3 C; M 2 C 200 000 3 I/II; a/b; O 0,4-0,5 M 23 C 6 (f.gł.) ; MC(V); M 7 C 3 ; Fe 3 C 164 000 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 179

Open Access Library Volume 3 2011 Rysunek 168. Rodzaje wyst puj cych w glików w zale no ci od klasy struktury na przykładzie wybranych wycinków głównych ruroci gów pary wie ej kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania, wykonanych z niskostopowej stali 13CrMo4-5 Tablica 29. Rodzaje wyst puj cych w glików w zale no ci od klasy struktury i stopnia wyczerpania na przykładzie wybranych wycinków elementów przegrzewacza pary kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania, wykonanych z niskostopowej stali 13CrMo4-5 Klasa struktury Stan materiału Rodzaj i udział wydziele ( (f.gł.) faza główna; (d.) du o; (s.) rednio; (m.) mało; (b.m.) bardzo mało) Czas eksploatacji t e, h Stopie Podklasy wyczerpania struktury t e /t r 1 2 3 4 5 0/1 0/I; o/a; O do 0,2 M 3 C (f.gł.); M 7 C 3 (m.) ; 69 618 1 0/I; a; O 0,2 M 3 C (f.gł.); M 2 C (m.); M 23 C 6 (m.) ; M 7 C 3 (m.) ; M 6 C (b.m.) 91 979 1/2 I; a; O 0,3-0,4 M 3 C (f.gł.); M 2 C (m.); M 7 C 3 (m.) 148 054 2/3 I/II; a; 0 0,4-0,5 M 3 C (d.); M 23 C 6 (d.) ; M 2 C (s.); M 7 C 3 (b.m.) 148 054 3 I/II; a/b; O 0,6 M 3 C (f.gł.); M 7 C 3 (s.) M 2 C (s.); M 23 C 6 (m.) ; 122 621 180 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Rysunek 169. Rodzaje wyst puj cych w glików w zale no ci od klasy struktury na przykładzie materiałów wybranych wycinków głównych ruroci gów pary wie ej kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z niskostopowej stali 10CrMo9-10 Tablica 30. Rodzaje wyst puj cych w glików w zale no ci od klasy struktury i stopnia wyczerpania na przykładzie wybranych wycinków elementów przegrzewacza pary kotłów energetycznych po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania wykonanych z niskostopowej stali 10CrMo9-10 Klasa struktury Stan materiału Rodzaj i udział wydziele ( (f.gł.) faza główna; (d.) du o; (s.) rednio; (m.) mało; (b.m.) bardzo mało) Czas eksploatacji t e, h Stopie Podklasy wyczerpania struktury t e /t r 1 2 3 4 5 0/1 0; o; O 0,2 M 3 C (s.); M 2 C (s.); M 23 C 6 (s.) ; M 7 C 3 (s.) 6 948 1 0/I; a; O 0,2-0,3 M 2 C (d.); M 23 C 6 (d.) ; M 7 C 3 (s.) ; M 3 C (m.); M 6 C (b.m.) 69 618 1 0/I; a; O 0,2-0,3 M 2 C (d.); M 23 C 6 (d.) ; M 7 C 3 (s.) ; M 3 C (m.) ; M 6 C (b.m.) 69 618 1 0/I; a; O 0,2-0,3 M 23 C 6 (d.) ; M 2 C (d.); M 7 C 3 (s.) ; M 3 C (m.); M 6 C (b.m.) 69 618 1/2 I; a; O 0,3 M 7 C 3 (d.) ; M 23 C 6 (d.) ; M 2 C (s.); M 3 C (m.); M 6 C (m.) 156 526 2 I/II; a; O 0,3-0,4 M 23 C 6 (f.gl.) ; M 7 C 3 (d.) ; M 2 C (m.); M 3 C (m.); M 6 C (m.) 141 642 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 181

Open Access Library Volume 3 2011 Ocena trwało ci resztkowej i resztkowej trwało ci rozporz dzalnej, a wi c oszacowanie lub wyznaczenie mo liwego czasu dalszej bezpiecznej eksploatacji, odgrywa, oprócz czynnika ekonomicznego, szczególnie wa n rol w przypadku planowanej modernizacji cz ci ci nieniowej kotła, wymagaj cej oceny stanu jej elementów i podj cia decyzji o wymianie lub pozostawieniu w eksploatacji poszczególnych elementów, zwłaszcza gdy został przekroczony obliczeniowy czas pracy. W diagnostyce maj cej na celu dopuszczenie do dalszej eksploatacji elementów krytycznych cz ci ci nieniowej kotłów pracuj cych w warunkach pełzania, po przekroczeniu obliczeniowego czasu pracy stosowane s procedury opracowane przez zespół kierowany przez autora, które zostały zaprezentowane i omówione w licznych pracach badawczych i publikacjach własnych [14-19, 21, 25, 29, 31, 32, 35-37, 39-42, 44, 47, 50, 59, 60, 63, 88, 93, 94, 97, 101, 104, 105]. W ocenie elementów ocena materiałów realizowana jest w oparciu o sposób oceny i kwalifikacji do dalszej pracy najcz ciej stosowanych stali niskostopowych o strukturze ferrytyczno-perlitycznej lub ferrytyczno-bainitycznej oraz wysokochromowej stali o strukturze odpuszczonego martenzytu, który jest wynikiem ok. czterdziestoletnich bada i do wiadcze diagnostycznych autora. Oprócz charakterystyk minimalnej trwało ci resztkowej w zale no ci od poziomu napr - enia i przewidywanej temperatury dalszej eksploatacji dla ró nych poziomów temperatury z zakresu eksploatacyjnego, które pokazano na rysunkach 66-68 w rozdziale 3 opracowania, zaproponowano podobne charakterystyki dla minimalnej resztkowej trwało ci rozporz dzalnej badanych niskostopowych stali nie wykazuj cych zapocz tkowania procesów uszkodze wewn trznych. Charakterystyki te pokazano na rysunkach 170-172 odpowiednio dla stali 13CrMo4-5, 10CrMo9-10 oraz 14MoV6-3. Umo liwiaj one wst pne wyznaczenie przewidywanego minimalnego czasu dalszej bezpiecznej pracy dla przewidywanych parametrów dalszej eksploatacji ( ep, T ep ). Wyznaczenie tego czasu pozwala na podejmowanie wła ciwych decyzji o sposobie dalszego post powania z badanym elementem pracuj cym w warunkach pełzania; doboru metod badawczych i pomiarów umo liwiaj cych oszacowanie lub wyznaczenie czasu dalszej bezpiecznej eksploatacji b d podanie czasu do nast pnego przegl du, przeprowadzenia naprawy lub dokonanie wymiany elementu na nowy. 182 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Napr enie robocze dalszej eksploatacji ep, MPa 13CrMo4-5 500 C 510 C 520 C 530 C 540 C 550 C 560 C 570 C Bezpieczny czas przedłu onej eksploatacji t be, h (rozporz dzalna trwało ć resztkowa) Rysunek 170. Charakterystyki minimalnej resztkowej trwało ci rozporz dzalnej w postaci zale no ci log ep = f (log t be ) dla ró nych poziomów przewidywanej temperatury dalszej eksploatacji niskostopowej stali 13CrMo4-5 po eksploatacji poza obliczeniowy czas pracy o niezapocz tkowanym procesie wewn trznych uszkodze Napr enie robocze dalszej eksploatacji ep, MPa 10CrMo9-10 500 C 510 C 520 C 530 C 540 C 550 C 560 C 570 C 580 C Bezpieczny czas przedłu onej eksploatacji t be, h (rozporz dzalna trwało ć resztkowa) Rysunek 171. Charakterystyki minimalnej resztkowej trwało ci rozporz dzalnej w postaci zale no ci log ep = f (log t be ) dla ró nych poziomów przewidywanej temperatury dalszej eksploatacji niskostopowej stali 10CrMo9-10 po eksploatacji poza obliczeniowy czas pracy o niezapocz tkowanym procesie wewn trznych uszkodze 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 183

Open Access Library Volume 3 2011 Napr enie robocze dalszej eksploatacji ep, MPa 14MoV6-3 500 C 510 C 520 C 530 C 540 C 550 C 560 C 570 C 580 C Bezpieczny czas przedłu onej eksploatacji t be, h (rozporz dzalna trwało ć resztkowa) Rysunek 172. Charakterystyki minimalnej resztkowej trwało ci rozporz dzalnej w postaci zale no ci log ep = f (log t be ) dla ró nych poziomów przewidywanej temperatury dalszej eksploatacji niskostopowej stali 14MoV6-3 po eksploatacji poza obliczeniowy czas pracy o niezapocz tkowanym procesie wewn trznych uszkodze Sposób oceny i kwalifikacji do dalszej pracy badanych stali pracuj cych w warunkach pełzania bez uszkodze wewn trznych przedstawiono w postaci graficznej na rysunku 173. Rysunek składa si z dwóch elementów. Pierwszym elementem jest schematyczna krzywa pełzania b d ca zale no ci trwałego odkształcenia od stopnia wyczerpania materiału t e /t r, na której zaznaczono wyst powanie poszczególnych klas struktury. Drugim elementem jest tabela, na podstawie której, w oparciu o wcze niej dokonan ocen stanu materiału i okre lenie klasy jego struktury, mo na tej klasie przypisać stopie wyczerpania. Ka dej klasie przyporz dkowany jest maksymalny dopuszczalny okres eksploatacji do nast pnego przegl du. Okres ten podany został w godzinach i latach. Wa nym staje si ten rodzaj dopuszczalnego okresu eksploatacji do nast pnego przegl du, który pierwszy zostanie osi gni ty. Istotny wpływ na upłyni cie wyznaczonego okresu ma nie tylko rzeczywisty czas eksploatacji, ale równie liczba odstawie i uruchomie oraz ł czny czas postojów kotła. Wyznaczone okresy eksploatacji do nast pnego przegl du s zró nicowane w zale no ci od czasu dotychczasowej eksploatacji, tzn. z przedziału pomi dzy 100 000 a 200 000 godzin lub powy ej 200 000 godzin oraz 184 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki gatunku stali, tzn. nale cej do grupy niskostopowych stali ferrytyczno-perlitycznych oraz niskostopowych dwuskładnikowych stali ferrytyczno-bainitycznych lub niskostopowych trójskładnikowych stali ferrytyczno-bainitycznych oraz wysokochromowej stali o strukturze odpuszczonego martenzytu. Ponadto w oparciu o odpowiadaj cy klasie struktury wska nik n, podany w tablicy b d cej cz ci rysunku, mo na z podanego wzoru wyznaczyć prognozowany czas dalszej eksploatacji t ep. Warto ci wska nika n dla danej klasy struktury jest zró nicowana podobnie, jak dla wyznaczonych okresów eksploatacji, tzn. dla dwóch grup gatunków stali. Sposób oceny i kwalifikacji do dalszej pracy badanych stali pracuj cych w warunkach pełzania z uszkodzeniami wewn trznymi przedstawiono w postaci graficznej na rysunku 174. Rysunek równie składa si z dwóch elementów. Pierwszym elementem jest schematyczna krzywa pełzania b d ca zale no ci trwałego odkształcenia od stopnia wyczerpania materiału t e /t r, na której zaznaczono wyst powanie poszczególnych klas uszkodzenia. Drugim elementem jest tabela, na podstawie której, w oparciu o wcze niej dokonan ocen stanu materiału i okre lenie klasy uszkodzenia, mo na tej klasie przypisać stopie wyczerpania. Ka dej klasie uszkodzenia przyporz dkowany jest maksymalny dopuszczalny okres eksploatacji do nast pnego przegl du. Okres ten podany został w godzinach i latach. Wa nym staje si ten rodzaj dopuszczalnego okresu eksploatacji do nast pnego przegl du, który pierwszy zostanie osi gni ty. Istotny wpływ na upłyni cie wyznaczonego okresu, tak jak poprzednio, ma nie tylko rzeczywisty czas eksploatacji, ale równie liczba odstawie i uruchomie oraz ł czny czas postojów kotła. Wyznaczone okresy eksploatacji do nast pnego przegl du, zale ne od klasy uszkodze, zostały zró nicowane dla badanych grup gatunków stali, tzn. nale cych do grupy niskostopowych stali ferrytyczno-perlitycznych oraz niskostopowych dwuskładnikowych stali ferrytyczno-bainitycznych lub niskostopowych trójskładnikowych stali ferrytyczno-bainitycznych oraz wysokochromowej o strukturze odpuszczonego martenzytu. W ocenie stanu materiału, a tym bardziej w ocenie stanu elementu, jego przydatno ci oraz prognozie czasu dalszej bezpiecznej eksploatacji, istotnym elementem jest wybór reprezentatywnych miejsc do bada materiałowych. Wynika to ze zró nicowania stopnia degradacji struktury w zale no ci od miejsca na badanym elemencie, b d cego skutkiem zró nicowanego wyt enia. Jest to pierwsza wykonywana czynno ć decyduj ca o wiarygodno ci przeprowadzanej oceny stanu materiału, słu cej do oszacowania lub wyznaczenia trwało ci resztkowej 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 185

Open Access Library Volume 3 2011 Okres eksploatacji do nast pnego przegl du (powtórnych bada materiałowych); godziny lub lata 5) Prognozowany czas dalszej bezpiecznej eksploatacji t ep 3), h n te t ep = 1,00 - n, Czas Stale maks.40 000 dotychczasowej t. f-b i m 2) lub 6 lat eksploatacji Stale powy ej maks.40 000 200 000 h 4.) f-p i d. f-b 1) lub 6 lat Czas Stale maks.60 000 dotychczasowej t. f-b i m 2) lub 10 lat eksploatacji Stale maks.60 000 od 100 000 do f-p i 200 000 h d. f-b 1) lub 10 lat Wska nik n 30 000 lub 4 lata maks.30 000 lub 4 lata 40 000 lub 6 lat maks.40 000 lub 6 lat maks.15 000 lub 2,5 roku 15 000 lub 2,5 roku maks.30 000 lub 4 lata 30 000 lub 4 lata maks.4 000 lub 10 miesi cy maks.6 000 lub 1 rok maks.10 000 lub 2 lata maks.10 000 lub 2 lata Stale t. f-b i m 2) 0,70 0,65 0,55 0,45 0,35 0,30 0,20 0,10 Stale f-p i 0,75 0,70 0,60 0,50 0,40 0,35 0,25 0,15 d. f-b 1) Stopie wyczerpania t e /t r 1.) do 0,2 0,2 0,2-0,3 0,3 0,3-0,4 0,4 0,4-0,5 0,5 Klasa struktury 0/1 1 1/2 2 2/3 3 3/4 4 Odkształcenie ε 0/1 1 1/2 2 2/3 3 3/4 4 Stopie wyczerpania t e /t r Uwagi: 4 klasa struktury 1.) f-p i d. f-b: stale ferrytyczno-perlityczne i dwuskładnikowe ferrytyczno-bainityczne, 2.) t. f-b i m: stale trójskładnikowe ferrytyczno-bainityczne i stale martenzytyczne, 3.) dla dotychczasowych parametrów roboczych eksploatacji, 4.) oprócz prognozy na podstawie wyników bada nieniszcz cymi metodami materiałowymi wymagane wyniki bada niszcz cymi metodami materiałowymi, w tym wyznaczenie trwało ci resztkowej i rozporz dzalnej resztkowej na podstawie wyników skróconych prób pełzania, 5) jako graniczny warunek, który zostanie pierwszy spełniony Rysunek 173. Sposób oceny i kwalifikacji do dalszej pracy najcz ciej stosowanych stali niskostopowych o strukturze ferrytyczno-perlitycznej lub ferrytyczno-bainitycznej oraz wysokochromowej stali o strukturze odpuszczonego martenzytu bez uszkodze wewn trznych, po eksploatacji w warunkach pełzania 186 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki Okres eksploatacji do nast pnego przegl du (powtórnych bada materiałowych); godziny lub lata 4) Stale t. f-b i m 3) Stale f-p i d. f- b 2) maks. 30 000 lub 4,5 roku maks. 40 000 lub 6 lat maks. 20 000 lub 3 lata maks. 25 000 lub 4 lata maks. 10 000 lub 2 lata maks. 15 000 lub 2,5 roku maks. 6 000 lub 1 rok maks. 10 000 lub 1,5 roku maks. 2000 lub<0,5 roku do nast pnego planowanego postoju - przygotować si do naprawy lub wymiany maks. 3000 lub 0,5 roku przygotować si do naprawy lub wymiany natychmiastowa wymiana natychmiastowa wymiana Stopie wyczerpania t e /t r 1.) ok. 0,4 0,6 ok. 0,5 0,7 ok. 0,6 0,8 ok. 0,7 0,8 ok. 0,8 0,9 >0,9 1,0 Klasa uszkodzenia O/A A B/1 B/2 B/3 B/4 B1 B2 C D Odkształcenie ε D C 0/A A B1 B2 Stopie wyczerpania t e /t r Uwagi: A Klasa uszkodzenia 1.) w zale no ci od gatunku stali i parametrów pracy, 2.) f-p i d. f-b: stale ferrytyczno-perlityczne i dwuskładnikowe ferrytyczno-bainityczne, 3.) t. f-b i m: stale trójskładnikowe ferrytyczno-bainityczne i stale martenzytyczne, 4.) jako graniczny warunek, który zostanie pierwszy spełniony Rysunek 174. Sposób oceny i kwalifikacji do dalszej pracy najcz ciej stosowanych stali niskostopowych o strukturze ferrytyczno-perlitycznej lub ferrytyczno-bainitycznej oraz wysokochromowej stali o strukturze odpuszczonego martenzytu w zakresie uszkodze wewn trznych, po eksploatacji w warunkach pełzania 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 187

Open Access Library Volume 3 2011 i resztkowej trwało ci rozporz dzalnej. Wybór reprezentatywnych miejsc do bada materiałowych musi być poprzedzony: zebraniem do wiadcze eksploatacyjnych i ich analiz, analiz wyników pomiarów rzeczywistych parametrów pracy w czasie eksploatacji dostarczonych przez u ytkownika obiektu, sporz dzeniem mapy wyst powania defektów na podstawie bada endoskopowych, defektoskopowych i pomiarów, analiz stanu napr e, odkształce i temperatury metod elementów sko czonych. Cz sto stosowane s równie metody fizyczne: własno ci magnetycznych, szumów Berkhausena [542-545], pami ci magnetycznej metalu (metoda MPM) [546, 547] oraz współczynnika intensywno ci tłumienia (metoda WIT) [548-550]. Badania porównawcze uzyskanych wyników tymi metodami pozwalaj wskazać miejsca, które winny być przedmiotem bada materiałowych. Metody te jednak nie maj zbyt wielkiego zastosowania w ocenie ilo ciowej ze wzgl du na brak ich weryfikacji metodami niszcz cymi i mał powtarzalno ć uzyskiwanych wyników bada. Zarówno do wiadczenia eksploatacyjne jak i analiza pomiarów rzeczywistych warunków pracy s podstaw wyboru miejsc bada na elemencie oraz wyboru rodzaju bada diagnostycznych niezb dnych do wykonania. Sporz dzanie map obszarów o najwi kszym nat eniu wyst powania defektów jest etapem poprzedzaj cym opracowanie modelu stanu napr e wybranych elementów krytycznych. Do sporz dzania takich map wykorzystywane s wyniki bada diagnostycznych prowadzonych podczas planowanych, okresowych przegl dów kotłów [102, 105]. W analizie wyt enia materiału wykorzystywana jest równie metoda elementów sko czonych (MES). Ze wzgl du na zło ono ć obiektów obliczenia rozkładu napr e w ciankach elementów krytycznych przeprowadza si najcz ciej w dwóch etapach. W etapie pierwszym okre la si wielko ci sił wewn trznych (wynikaj cych z rozszerzalno ci cieplnej) obci aj cych składowe cz ci elementu i wywołane nimi napr enia na przekroju jego cianki. W etapie drugim badany jest wpływ zmienno ci obci e termicznych wynikaj cych z nieustalonych warunków pracy analizowanego obiektu na wyt enie materiału w wybranych w złach konstrukcyjnych [102, 105, 490, 539, 540]. Wybrany element takiej analizy wyt enia w postaci rozkładu napr e zast pczych obliczonych wg hipotezy Hubera na przykładzie komory wylotowej przegrzewacza pary pierwotnej wy szego stopnia kotła o du ej wydajno ci pokazano w postaci graficznej na rysunku 175 [102]. 188 J. Dobrza ski

Materiałoznawcza interpretacja trwało ci stali dla energetyki a) b) z y x Napr enie zast pcze wg Hubera σ r [MPa] napr enie zast pcze wg Hubera σr [MPa] 210 180 150 120 90 60 30 0 y komora przegrzewacza P4 z x osie rur w ownic wylotowych komora przegrzewacza P3 Rysunek 175. Rozkład napr e zast pczych: a) w komorze przegrzewacza pary, b) zespołu komór przegrzewaczy po odkształceniu cieplnym oraz jego postać geometryczna przy zało eniu sztywnego mocowania komór do belek no nych [102] Trafno ć dokonywanej oceny trwało ci resztkowej jest równie zale na od klasy struktury i klasy wewn trznych uszkodze oraz zastosowanych metod badawczych. Im wy sza jest klasa uszkodze wewn trznych, tym mniejsza jest liczba niezb dnych metod badawczych zastosowanych dla przeprowadzenia trafnej i wiarygodnej oceny stanu materiału. Przybli on trafno ć oceny wraz z prognoz dalszej bezpiecznej eksploatacji materiału elementu w zale no ci od stanu klasy struktury oraz wewn trznych uszkodze i zastosowanych metod bada zestawiono w tablicy 31. Opracowana i opisana w niniejszym rozdziale metodyka oceny stanu materiału, oceny stanu elementu, jego trwało ci resztkowej i trwało ci rozporz dzalnej oraz oceny jego przydatno ci do dalszej eksploatacji i prognozy czasu dalszej bezpiecznej eksploatacji została wykorzystana przez autora w ok. tysi cu przypadków w praktyce przemysłowej, z których kilkaset zacytowano w niniejszej pracy, przynosz c miliardowe efekty ekonomiczne. Nale y zauwa yć, e w adnym z omawianych przypadków nie stwierdzono popełnienia bł du w zakresie ustalenia czasu dalszej bezpiecznej eksploatacji elementów instalacji energetycznych, co mo na uznać za dowód wykonanej weryfikacji do wiadczalnej opracowanej metodyki, stanowi cej przedmiot niniejszej monografii. 6. Metodyka oceny trwało ci rozporz dzalnej i resztkowej badanych stali 189