Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В настоящее время промышленные пред-[ятия накопили значительный опыт диагностики эксплуатируемого оборудования, ользуя для этого различные методы контроля: визуальный осмотр, нейтроногра-ї, радиография, ультразвуковая дефектоскопия и толщинометрия, расчетные мето-и др. Но к сожалению все эти методы позволяют лишь обнаруживать опасные ,емные дефекты: трещины, поры, непровары, включения и т.д. Ни один из них, ни совокупность не позволяет провести достоверной оценки остаточного ресурса кон-іукции. Особую сложность вызывает прогнозирование ресурса работоспособности іструкций, работающих в условиях знакопеременных нагрузок. Это связано с тем, ) усталостное разрушение зависит от ряда факторов: вида и условий нагружения, шературы и среды эксплуатации, структурного состояния стали.
Все это затрудняет проведение работ по оценке остаточного ресурса стальных іструкций. Однако в общем случае процесс усталости связан с постепенным зарож-шем, накоплением и взаимодействием дефектов кристаллической решетки, приводя-х к зарождению и развитию усталостных повреждений в виде образования и роста кро- и макротрещин. Поэтому явлению усталостного разрушения присуща стадий-:ть процесса, характеризующаяся вполне определенными структурными изменення-. Исследование этих вопросов для стали СтЗпс, нашедшей широкое применение в іарагосгроении, представлялось актуальной задачей и было вызвано практической эбходимостью разработки методики оценки остаточного ресурса элементов нефте-иического оборудования с учетом эволюции структуры, влияющей на изменения ме-іических свойств, характер зарождения и скорость развития трещин.
Цель работы. Заключается в установлении закономерности эволюции дислока-онной структуры и ее влияния на механические свойства стали и работоспособность :ментов нефтехимического оборудования в условиях малоциклового нагружения.
Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач: 1. Анализ существующих методов оценки остаточного ресурса оболочковых кон-эукций в свете современных подходов малоциклового разрушения.
-
Анализ закономерностей эволюции структуры материала в процессе малоцик-вой деформации.
-
Изучение микроструктуры, фазового и химического состава, механических ойств исследуемой стали СтЗпс в исходном состоянии.
4. Исследование эволюции дислокационной структуры стали СтЗпс в процес малоцикловой деформации и ее влияния на механические свойства и характ разрушения.
5. На основе полученных данных разработать методику оценки остаточного f сурса элементов нефтехимического оборудования из стали СтЗ.
Научная новизна. По итогам проведенных исследований получены новые і учные результаты, заключающиеся в следующем:
-
На примере широко применяемой в аппаратостроении стали, типа СтЗ, уст новлены основные закономерности эволюции дислокационной структуры и механич< ких характеристик элементов нефтехимического оборудования при эксплуатации в ; ловиях малоциклового нагружения.
-
Экспериментально доказана возможность формирования "ножевых" гран при циклической деформации стали СтЗпс на растяжение, способствующих охрупчиванию и снижению ресурса конструктивных элементов оборудования всл< ствии зарождения микротрещин в зернах феррита по границам деформационнс происхождения.
3. Установлена количественная взаимосвязь характеристик работоспособное
конструктивных элементов нефтехимического оборудования с дислокационной стр;
турой и типом границ микрофрагменгов.
Практическая значимость работы. На основе полученных эксперимента ных результатов разработана методика оценки остаточного ресурса элементов неф химического оборудования, учитывающая изменение структуры и механическ свойств металла в процессе циклического деформирования и позволяющая установі возможность его дальнейшей эксплуатации с назначением гарантийных сроков бе: пасной работы и показателей надежности элементов оборудования. Методика утвег. дена как стандарт предприятия и введена в действие в следующих организациях:
БашНИИнефтемаш (приказ №76 от 22.08.95 г.);
АО "Нефтехимремстрой" (приказ №103 от 14.09.95 г.).
Кроме того, полученные результаты важны для более глубокого понимания фи ческой природы процесса усталости и развития теории разрушения и могут быть пользованы при разработке методов оценки остаточного ресурса на основе нераз шающих методов контроля.
На зашиту выносится
Метод оценки остаточного ресурса элементов нефтехимического оборудования, гывающий закономерности изменения дислокационной структуры и механических актеристик металла при малоцикловом нагруженин.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссер-ионной работы доложены и обсуждены на Всесоюзной научно-технической конфе-ции " Физлко- механические свойства материалов и их экспресная оценка неразру-ошими методами и портативными техническими средствами "(Волгоград, 1995), XXVI научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых за, 1995), XIV Международной конференции "Физика прочности и пластичности гериалов " (Самара, 1995), II Международном семинаре "Эволюция дефектных уктур в металлах и сплавах " (Барнаул, 1994), VII Международной конференции ежзеренные и межфазные границы в материалах " (Лиссабон, 1995).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ и две работы шяты в печать. Список работ приведен в конце автореферата.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, водов, примечания, приложений и списка литературы, содержащей 165 наименова-;. изложена на 154 страницах, включая 27 рисунков и 9 таблиц.
