بررسی تاثیر افزودن تیتانیوم بر رفتار خزشی لوله رفورمر ریخته گری شده به روش گریز از مرکز از جنس فولاد نسوز HP۴۰

در این پژوهش رفتار خزشی فولاد نسوز HP۴۰ تولیدی کارخانه فولاد اخگر اصفهان مورد مطالعه قرار گرفت. این نوع فولاد یکی از آلیاژهای پرکاربرد در ساخت لوله های کوره رفورمر صنایع پتروشیمی و صنایع تولید آهن جهت تولید گازهای احیاکننده است که به روش ریخته گری گریز از مرکز افقی تولید می شود. به دلیل شرایط محیطی کوره ریفرمر دمای بین ۷۰۰ تا ۱۱۰۰ و فشار داخلی ۱MPa تا MPa) فرآیند خزش در این لوله ها بسیار فعال می باشد. بنابراین آلیاژهای مورد استفاده باید از مقاومت خزشی بالایی برخوردار باشند. یکی از روش های افزایش مقاومت در برابر خزش فولادهای نسوز اضافه کردن عنصر تیتانیوم به عنوان عنصر کاربیدزا به ترکیب شیمیایی است. در این پژوهش ابتدا چهار نمونه لوله با مقادیر صفر، ۰.۰۶, ۰.۲۱ و ۰.۲۳ درصد وزنی تیتانیوم به روش ریخته گری گریز از مرکز افقی تولید و سپس آزمون های کشش، سختی سنجی، خزش و بررسی های ریز ساختاری با میکروسکوپ نوری، الکترونی روبشی و آنالیز عنصری انجام شد. افزایش مقدار تیتانیوم موجب ریز شدن ریز ساختار ریخته گری، کاهش فاصله بین بازوهای ثانویه دندریتی و کاهش نسبی اندازه دانه در سطح مقطع عرضی لوله شد. تیتانیوم همچنین موجب کاهش پیوستگی کاربیدهای مرزدانه، ظریف شدن و نیز تغییر شکل آن ها از حالت اسکلتی به شکل کروی شد. از طرف دیگر افزایش مقدار تیتانیوم بدلیل تشکیل کاربید مرکب نیوبیم-تیتانیوم و افزایش نسبت کروم به کربن موجب تغییر در نوع کاربیدهای کروم اولیه شده و در نتیجه انواع کاربید کروم با درصد کروم متفاوت در ساختار ریخته گری تشکیل شد. آزمون خزش بر روی نمونه های تولیدی با تنش ثابت ۴۰MPa و در دمای ۹۰۰°C برای زمان حداکثر ۱۰۰ ساعت طراحی و انجام شد. تنها نمونه با مقدار تیتانیوم ۰.۰۶ درصد وزنی با نرخ خزش حالت پایای ۱۰^-۶ × ۶ تا بیش از ۱۰۰ ساعت مقاومت کرد. بررسی مقطع طولی نمونه های شکسته شده در حین آزمون خزش نشان داد که تحت تنش اعمالی ترک های ریز ساختار در فصل مشترک کاربیدهای کروم با زمینه جوانه زده و رشد کردند. همچنین با افزایش مقدار تیتانیوم رسوبات کاربیدی ثانویه تشکیل شده در حین آزمون خزش از نوع کاربیدهای غنی از نیوبیم و تیتانیوم بود. آنالیز خطی و نقطه ای فازهای تشکیل شده نشان داد که در تمامی نمونه ها با درصد تیتانیوم مختلف، فاز مخرب G با ترکیب شیمیایی Ni, Ro, N, Si۶ در حین آزمون خزش تشکیل گردید. اما مقدار آن در نمونه های تیتانیوم دار کمتر از نمونه بدون تیتانیوم مشاهده شد. از این رو به نظر می رسد وجود تیتانیوم مانع استحاله کاربید مرکب نیوبیم-تیتانیوم به فاز G می شود. بر اساس اطلاعات به دست آمده از آزمون خزش و با استفاده از پارامتر لار سون-میلر عمر تقریبی لوله های تولیدی در شرایط واقعی کاربرد یعنی تنش ۲۲.۵MPa و دمای ۹۰۰°C بیش از ۱۰ سال تخمین زده شد.

کلیدواژه ها:

خزش ، کاربید ، نیویم ، تیتانیوم ، کاربید کروم ، ریفرمر ، فولاد نسوز HP۴۰ ، ریخته گری گریز از مرکز افقی