Введение
Глава 1. Условия эксплуатации и требования к материалам криосистем 11
1.1. Проблема исчерпания ресурса низкотемпературных объектов 11
1.2. Причины отказов и появления дефектов в крупногабаритных конструкциях 14
1.3. Конструктивные особенности и условия эксплуатации криогенных установок 20
1.4. Материалы и требования к материалам для изготовления низкотемпературной техники 26
1.4.1. Требования к материалам для низкотемпературной техники 26
1.4.2. Материалы для изготовления низкотемпературного оборудования 27
1.4.3. Влияние эксплуатационных факторов на свойства сталей низкотемпературного оборудования 29
1.5. Нормативно-техническая база системы промышленной безопасности оборудования опасных производств 33
1.6. Существующие подходы обеспечения безопасности опасных производств 37
Выводы по главе 1 41
Глава 2. Влияние условий эксплуатации на превращения, происходящие в материалах оборудования, эксплуатируемых при температурах климатического холода 44
2.1. Исследование влияния сегрегации примесных атомов на физико- механические свойства сталей 44
2.1.1. Феноменологические аспекты развития зернограничных сегрегации 44
2.1.2. Термодинамические аспекты развития зернограничных сегрегации 50
2.2. Образование и развитие зернограничных сегрегации примесных атомов в Fe-C сплавах технической чистоты 54
2.2.1. Формирование сегрегации примесных атомов в границах аустенитных зерен при нагревах выше точки Ас3 54
2.2.2. Развитие зернограничных сегрегации в Fe-C сплавах при нагревах ниже точки Ас3, проводимых после аустенитизации 60
2.2.3. Распределение элементов в границах ферритных зерен Fe-C сплавов 76
2.3. Влияние зернограничных сегрегации на механические свойства и коррозионную стойкость Fe-C сплавов 79
2.3.1. Влияние зернограничных сегрегации на охрупчивание 81
2.3.2. Изменение малоцикловой усталости 83
2.3.3. Развитие коррозионных дефектов 86
Выводы по главе 2 91
Глава 3. Исследование влияния зернограничных сегрегации примесных атомов на эксплуатационную надежность оборудования климатического холода 94
3.1. Проверка механизма образования и развития зернограничных сегрегации в углеродистых сталях промышленного производства 95
3.2. Анализ фактического состояния материала технологического оборудования, отработавшего расчетный срок службы 102
3.2.1. Изменение свойств и химического состава границ аустенитных зерен сталей оборудования, эксплуатируемого в интервале температур от-40 до 475 С 103
3.2.2. Изменение свойств и химического состава границ аустенитных зерен сталей оборудования, эксплуатируемого в интервале температур от-40 до 400 С 109
3.2.3. Оценка состояния материала оборудования климатического холода в зависимости от температурного режима эксплуатации 113
3.3. Пути повышения работоспособности оборудования, изготовленного из углеродистых сталей и эксплуатируемого в условиях Сибири и Крайнего Севера 115
3.3.1. Влияние размеров аустенитных зерен на зернограничные
сегрегации примесных атомов в углеродистых сталях 117
3.3.2. Влияние микр о легирования и термоциклирования на размер зерен и характеристики механических свойств сталей климатического холода 124
3.3.3. Управление природой неметаллических включений 130
Выводы по главе 3 134
Глава 4. Разработка метастабильной аустенитной стали для оборудова ния криогенной техники, эксплуатируемого без технологических разогревов 137
4.1. Факторы, определяющие процесс деформационного мартенситного превращения в метастабильных аустенитных сталях 138
4.1.1. Выбор критерия интенсивности деформационного мартенсит ного превращения 138
4.1.2. Влияние интенсивности деформационных мартенситных превращений на механические свойства метастабильных аустенитных сталей 139
4.1.3. Влияние способа нагружения на интенсивность деформационных мартенситных превращений 140
4.2. Оптимизация химического состава и режима термической обработки .. 143
4.2.1. Выбор состава опытных сталей с учетом критерия интенсивности ДМП 143
4.2.2. Выбор режима термической обработки опытных сталей 146
4.3. Влияние химического состава, пластической деформации и режима термической обработки на кинетику деформационных мартенситных превращений 150
4.3.1. Влияние низких температур и деформации на интенсивность мартенситных превращений 150
4.3.2. Влияние концентраций ванадия и азота на кинетику деформационных мартенситных превращений 151
4.3.3. Влияние режима старения на кинетику деформационных мартенситных превращений 157
4.4. Исследование влияния деформационных мартенситных пре вращений на механические свойства метастабильных аустенитных сталей 164
4.4.1. Влияние деформационных мартенситных превращений на удар ную вязкость 165
4.4.2. Исследование характера разрушения Cr-Ni-Mn аустенитных сталей с азотом и ванадием 166
4.5. Метастабильная аустенитная сталь для оборудования криогенной техники, не подвергающегося технологическим разогревам 168
Выводы по главе 4 171
Глава 5. Превращения, происходящие в материалах основного обо рудования, эксплуатируемого при температурах до 4,2 к и подвергаемого эпизодическим технологическим разогревам до 800-850 С 173
5.1. Оценка фактического состояния материала основного оборудования криогенной гелиевой установки 173
5.1.1. Изменение механических свойств материала вырезок из оборудования 174
5.1.2. Оценка причин, приводящих к падению характеристик механических свойств 175
5.2. Исследование влияния температуры и длительности технологичес ких разогревов на структуру и механические свойства стали 12Х18Н12Т при криогенных температурах 178
5.2.1. Влияние разогревов на изменение химического состава карбидной фазы стали 181
5.2.2. Влияние технологических разогревов на механические свойства стали 184
5.3. Исследование влияния эксплуатационных факторов риска на механические свойства стали 12Х18Н12Т 192
5.3.1. Изменения свойств металла в ходе эксплуатации в диапазоне температур 293^,2 К 192
5.3.2. Изменение свойств стали 12Х18Н12Т после длительной эксплуатации в диапазоне температур 1000-4,2 К 198
Выводы по главе 5 202
Глава 6. Исследование влияния длительной эксплуатации на склонность к возникновению коррозионных дефектов в стали 12Х18Н12Т 204
6.1. Коррозионное растрескивание стали 12Х18Н12Т 204
6.1.1. Оценка влияния растягивающих напряжений на электрохими ческие процессы, протекающие в стали 12Х18Н12Т 204
6.1.2. Влияние уровня пластической деформации на скорость анодного процесса в стали 12Х18Н12Т 206
6.1.3. Влияние скорости нагружения на стойкость к коррозионному растрескиванию образцов стали 12Х18Н12Т 211
6.2. Оценка коррозионных дефектов в стали 12Х18Н12Т с помощью магнитной проницаемости 217
6.2.1. Магнитная проницаемость стали 12X18Н12Т 217
6.2.2. Связь между магнитной проницаемостью и дефектами коррозионного растрескивания 220
6.3. Межкристаллитное растрескивание металла криосистем 221
6.3.1. Влияние основных легирующих и примесных элементов на стойкость к МКК стали 12Х18Н12Т 222
6.3.2. Влияние пластической деформации на стойкость стали 12Х18Н12Т против МКК 228
6.3.3. Влияние коррозионного фактора риска на магнитные свойства стали 12X18Н12Т 234
Выводы по главе 6 237
Глава 7. Магнитометрическая методика для определения зон установок, потенциально склонных к появлению дефектов 239
7.1. Существующие методы технического диагностирования оборудования криогенной техники 239
7.2. Сущность метода магнитометрического анализа состояния материала криосистем 241
7.3. Принципиальная схема прибора для определения зон поврежденных или потенциально склонных к коррозионному повреждению на обо рудовании криогенной техники 244
7.4. Проверка работоспособности разработанного метода на трубо проводе слива жидкого гелия из колонны в емкость хранения 246
Выводы по главе 7 248
Заключение и основные выводы по работе 251
Список литературы 260
Приложение 1. Материалы и методика исследований 280
