ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 80 ТЕХНОЛОГИЯ в котле выросла с 450 до 568 °С, а давление – примерно в шесть раз, до 25 МПа, что увеличивает мощность котла. Оборудование, используемое для изготовления котла, состоит из коллектора и труб различной конструкции. Для таких компонентов, как сосуды под давлением, требуется низкая температура воды и пара. Сосуды под давлением в основном подвергаются воздействию пара и воды от котла, а также дымовых газов от экономайзеров, стенок печи, подогревателей и пароперегревателей. Компоненты в основном изготавливаются из стальных трубок небольшого диаметра. Повышение теплового КПД электростанций за счет увеличения рабочей температуры и давления пара, поступающего в турбину, привело к разработке новейшей категории жаропрочных сталей. Наиболее часто используемыми материалами на электростанциях, работающих при высоких температурах и высоком давлении, являются ферритная/мартенситная сталь с повышенной стойкостью к ползучести, суперсплавы на основе никеля и аустенитная нержавеющая сталь [1–5]. Потенциальными материалами-кандидатами для ультрасверхкритических электростанций являются сплавы на основе Ni, такие как сплав инокель 617, сплав 625 и сплав 740 [3, 4]. Эти сплавы на основе Ni обладают превосходной коррозионной стойкостью, хорошей стойкостью к окислению и высоким пределом ползучести при температуре 650 °C. Однако поскольку Ni, Cr и Mo являются ключевыми легирующими элементами в этих сплавах, то сплавы на основе Ni дорогостоящие [5–9]. Кроме того, они технически сложны в изготовлении. В середине 1960-х годов стали с содержанием 12 % CrMoV были разработаны для изготовления тонкостенных и толстостенных компонентов электростанций. Рабочая температура таких компонентов составляла 565 °С. Предел ползучести сталей с содержанием 12 % CrMoV был получен путем упрочнения твердого раствора и дисперсионного упрочнения. В современных котлах используются хромомолибденовые стали 5Cr-1Mo, 9Cr-1Mo, модифицированные стали 9Cr-1Mo с Nb, V, W или 12Cr, обладающие лучшими термическими и механическими свойствами по сравнению с аустенитными нержавеющими сталями серии 300. Отечественные аналоги – сталь 15Х5М и ее модификации 15Х5МФ и 12Х8ВФ [10, 11]. Хром (Cr), вольфрам (W) и молибден (Mo) являются основными легирующими элементами, присутствующими в стали и обеспечивающими лучшее сопротивление ползучести при повышенных температуре и давлении. Прочность хромомолибденовых сталей обусловлена высокой плотностью дислокаций. Материалы размягчаются по мере уменьшения плотности дислокаций – например, когда дислокации движутся, встречаются и аннигилируют друг друга. Стали с содержанием Cr от 2–13 % сохраняют плотность дислокаций при высоких температурах и, следовательно, прочность, поскольку микроструктура замедляет движение дислокаций. Дислокациям трудно пересечь границы зерен, а карбиды и выделения по границам зерен относительно неподвижны и вызывают закрепление дислокаций, как показано в работах [2–5]. Ползучесть – это термически активируемый процесс. Его определяют как медленную нестационарную деформацию материала под действием постоянной нагрузки. Требования к высокой рабочей температуре и давлению, предъявляемые к современному энергоблоку, приводят к разработке ферритных и мартенситных сталей с повышенной стойкостью к высокотемпературной ползучести (CSEF). Для атомных и тепловых электростанций ферритные стали с повышенной прочностью ползучести (CSEF) считаются лучшим материалом по сравнению с аустенитной нержавеющей сталью из-за ее низкого коэффициента теплового расширения, хорошей теплопроводности и высокой прочности при ползучести. Ползучесть возникает вследствие длительного воздействия на материал постоянного приложенного напряжения ниже предела текучести материала. Необходимо знать механические свойства стали, включая снижение модуля Юнга, предел текучести и снижение предела прочности при различных уровнях напряжения и повышенных температурах. Чтобы выявить механические свойства при повышенных температурах, необходимо установить взаимосвязи «напряжение – деформация». В настоящее время для изменения механических свойств при высоких температурах используются испытания как в установившемся состоянии, так и в переходном. При этом зависящие от температу-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1