Strukturní stabilita a žárupevnost ocelí pro použití v energetice

Jan Holešinský

Doctoral thesis

Microstructure evolution and heat resistence of steels for power industry

Abstract:

V důsledku nedostatku informací o některých žárupevných ocelích pro tepelnou energetiku vyplývajícího z velkých finančních a zejména časových nároků na ověřování jejich žárupevných vlastností, a s tím úzce spojené mikrostrukturní stability, je disertační práce věnována hodnocení vývoje mikrostruktury v návaznosti na výsledky žárupevnosti heterogenních svarových spojů ocelí P23/P91 a dále na studium modifikované Z-fáze v austenitické oceli AISI316LN+V+Nb. V současné době jsou heterogenní svary hojně využívány v potrubních systémech kotlů ke kompenzaci rozdílných provozních parametrů v jejich různých částech. Obecně svarové spoje patří v konstrukčních celcích ke kritickým místům, přičemž heterogenní svary jsou náchylné zejména ke změnám mikrostruktury z důvodu přerozdělování intersticiálních prvků přes hranici ztavení. Z tohoto důvodu je část práce věnována studiu žárupevnosti a mikrostrukturní stability v heterogenních svarových spojích P23/P91. Vývoj minoritních fází silně ovlivňuje vlastnosti oceli v průběhu dislokačního creepu. Optimalizací chemického složení a tepelného zpracování oceli je možné získat optimální výchozí mikrostrukturu. V průběhu creepu však může docházet k hrubnutí nebo na druhé straně rozpouštění takovýchto precipitátů a vlastnosti oceli tak můžou degradovat. Z tohoto důvodu je důležitá znalost nejen stability jednotlivých minoritních fází v oceli, ale i kinetika jejich vzniku. V druhé části se disertační práce věnuje teplotní stabilitě a krystalografickému studiu modifikované Z-fáze, jejíž precipitace byla detailně studována ve feritických ocelích, nicméně v případě austenitických ocelí je množství informací o této fázi limitováno.

Abstract:

There is a lack of information about some of heat resistant steels due to big costs and especially due to big time requirements for creep tests. Thesis is focused on the evaluation of microstructure evolution, which is closely connected with creep properties in dissimilar welds of P23/P91 steels, and also on the study of a modified Z-phase in austenitic AISI316LN+V+Nb steel. Dissimilar welds are widely used in tubular systems of power plant boilers to compensate for different operating conditions there. Welds generally represent critical parts of constructions and namely dissimilar welds are sensitive to microstructural changes during creep especially due to the redistribution of interstitial elements across the fusion boundary. Consequently, a part of the thesis is focused on the dissimilar welds of P23/P91 steels. Steel properties can be heavily affected by the minor phase evolution during creep. A convenient steel microstructure can be achieved by optimization of the chemical composition of the steel and by proper heat treatment as well. Despite of that, minor phases can coarsen or can dissolve during creep, which can lead in degradation of the steel properties. It is, therefore, necessary to know not only the thermal stability of the minor phases but also the kinetics of its formation in a particular steel grade. The second part of thesis is devoted to thermal stability and a crystallographic study of the modified Z-phase in austenitic AISI316LN with niobium and vanadium additions, because it has been well described in (9-12)%Cr steels but not in austenitic steels where the amount of information about the modified Z-phase is limited.

Keywords

Creep, mikrostrukturní stabilita, heterogenní svarové spoje P23/P91, AISI316LN+V+Nb, modifikovaná Z-fáze

Keywords

Creep, microstructure stability, heterogeneous welds of P23/P91 steels, AISI316LN+V+Nb, modified Z-phase

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 10. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 9. 12. 2015
• Supervisor: Vlastimil Vodárek
• Reader: Rudolf Foret, Eva Mazancová, Zdeněk Kuboň

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Doctoral programme:
Materiálové vědy a inženýrství